Эффективность управления любой системой существенно повышается при регулировании входящих в систему потоков.
Исходя из гетерогенного состава муниципальных отходов, схемы управления ТБО на всех стадиях обращения с отходами (включая промышленную переработку) должны представлять собой комбинацию технологических операций разделения отходов на отдельные фракции (полупродукты) и компоненты с последующей их переработкой оптимальным методом. Объединяющим процессом в схеме комплексного управления ТБО является сепарация, изменяющая качественный и количественный состав ТБО.
На основе включения в схему управления операций сортировки ТБО и выделения ресурсов, пригодных для дальнейшего использования, решается задача минимизации количества отходов, направляемых на объекты их переработки и захоронения. Предварительная сортировка отходов – основой метод их последующего комплексного материального и энергетического использования и, соответственно, минимизации их количества, поступающих на объекты санитарной очистки.
Принципиально возможны три взаимодополняющих друг друга направления сепарации ТБО:
· селективный покомпонентный сбор отходов у населения в местах образо-вания с последующей доводкой продуктов на специальных сортировочных установках (преимущественно методами ручной сортировки; для извлечения металлов часто применяется механизированная сепарация);
· селективный пофракционный сбор в местах образования так называемых коммерческих отходов, образующихся в нежилом секторе города (отходы рынков, магазинов, учреждений, школ и др. – с последующим извлечением из них ценных компонентов комбинированными методами ручной и механизированной сортировки на специальных объектах) и коллективно-селективный сбор ценных компонентов ТБО у населения в один контейнер («для вторсырья») с доставкой на те же спецобъекты;
· сортировка в заводских условиях комплексной (обогатительно-термичес-кой и биотермической) переработки ТБО (преимущественно механизиро-ванная, поскольку ручная сортировка отходов жилого фонда на ленте тихоходного конвейера малоэффективна; в ряде случаев технологическая схема может включать элементы ручной сортировки крупнокусковой фракции ТБО).
В европейских странах, США и Японии широко практикуется раздельный покомпонентный сбор отходов в местах их образования, что во многом предотвращает попадание в ТБО как ценных (незагрязненная макулатура, стекло, пластмассы, металлы), так и опасных (отработанные люминесцентные лампы, аккумуляторы, батарейки) компонентов. По разным оценкам, выход селективно собранных отходов потребления, направляемых на досортировку на сортировочные комплексы, составляет 30-35 % от общего количества образующихся ТБО (до 50 % – при реализации селективного сбора пищевых и растительных отходов). На базе селективного сбора и сортировки ТБО в Европе создан рынок вторсырья и функционирует мощная индустрия вторичных ресурсов.
В украинских условиях сложно организовать повсеместно и в короткие сроки селективный покомпонентный сбор отходов потребления у населения (неподготовленность населения, отсутствие соответствующих бытовых условий и технического обеспечения, наличие в жилых домах специфических мусоропроводов, большие трудозатраты и др.). В украинских условиях предпочтителен не покомпонентный, а пофракционный сбор муниципальных отходов (ценные компоненты собираются в один контейнер «для вторсырья»), с направлением обогащенных фракций на специальные комплексы по сортировке и переработке, создание которых не требует больших капиталовложений.
Эффективность сепарации, характеризуемой извлечением на сортировоч-ной установке ценных компонентов и себестоимостью получаемой продукции, существенно зависит от качества исходного техногенного сырья (в частности, от содержания в нем полезных компонентов и загрязняющих примесей).
Качество исходного сырья в свою очередь зависит от параметров работы спецавтохозяйства, связанного со сбором и удалением ТБО. При прочих равных условиях, себестоимость сбора и удаления ТБО тем ниже, чем выше разубоживание сырья, т.е. чем выше неоднородность всей массы отходов. Необходимость раздельного сбора различных фракций отходов одним и тем же предприятием приводит к дополнительным трудностям и расходам (если эти расходы не окупаются за счет создания на этом предприятии прибыльного производства, эффективность функционирования которого базируется на раздельном пофракционном сборе отходов).
Таким образом, факторы, повышающие эффективность работы сортиро-вочной установки, снижают эффективность работы транспортного предприятия (если оно не связано с сортировкой и занимается сбором отходов разного вида).
Задача оптимизации технологии на уровне сортировки может быть решена на основе раздельного сбора отходов с различным содержанием ценных компонентов, определяющим выход готовой продукции. Необходимое условие самоокупаемости сортировочных установок – направление на сортировку отходов, достаточно обогащенных ценными компонентами: по расчетам (рис. 1), доходы от реализации вторичного сырья превышают расходы на сортировку при выходе полезной продукции более 10 % (от исходного). Таким условиям отвечает вовлечение в сортировку отходов нежилого сектора города, характеризующихся повышенным содержанием незагрязненной макулатуры, металлов, пластмассы и др. При выходе полезной продукции около 40 % (от исходного) и производительности установки 90 тыс. т/год срок окупаемости не превышает 3 года.
Извлекаемая ценность продукта, выделяемого на стадии сортировки из техногенного сырья:
,
где q – коэффициент производительности техногенного сырья;
m – число извлекаемых компонентов;
αi – содержание i -го компонента в сырье;
εi – извлечение i -го компонента при сортировке;
Цi – цена 1 т i -го компонента.
Рисунок 1 – Зависимость годовой прибыли сортировочного комплекса от выхода полезной продукции (с учетом расходов)
По расчетам, соотношение коэффициентов производительности ТБО при сортировке отходов нежилого сектора и вторсырья в сравнении с прямой сортировкой отходов жилого фонда составляет 1:8 ÷ 10, т.е. эффективность сортировки неподготовленных отходов жилого фонда ниже почти на порядок. Об этом убедительно свидетельствует практика ряда действующих в российских городах (Белгород, Ростов-на-Дону) сортировочных установок, сырьем которых являются неподготовленные ТБО жилого сектора – доходы едва покрывают расходы предприятий.
Таким образом, при оптимизации технологии сортировки ТБО в схемах их сбора и транспортировки в качестве критерия оптимальности оправдано использование степени утилизации ТБО (количество ресурсов, выделенных для вторичного использования на основе раздельного сбора отходов в жилом и нежилом секторе города и сепарации отходов, обогащенных полезными компонентами). Ограничивающий фактор – содержание ценных компонентов в исходном сырье как объекте сортировки.
В условиях многофакторности критериальной оценки необходимо создание компромиссного критерия, учитывающего сразу несколько выходных параметров.
Режим эксплуатации транспортных средств выбирается на основе компромисса между требованиями сортировки (по качеству сырья) и минимизации затрат на вывоз ТБО (с учетом усложнения маршрута при раздельном обслуживании жилого и нежилого сектора города). Критерий характеризует эффективность процесса с точки зрения конечной цели комплексного производства – минимизации затрат на санитарную очистку.
При прочих равных условиях, эффективность транспортировки ТБО определяется реальной грузоподъемностью транспортного средства, которая, как показывают исследования, составляет 70-80 % от номинальной, что является следствием недостаточной степени уплотнения ТБО в кузове мусоровоза из-за неоднородности состава и крупности отходов и недостаточного усилия прессования в реальных условиях эксплуатации техники; кроме того, кузов мусоровоза может быть недостаточно заполнен (оценка заполнения по числу опорожненных контейнеров неточна, так как сами контейнеры могут быть загружены не полностью).
Задача оптимизации технологии на уровне транспортировки ТБО решается путем снижения расходов на удаление ТБО по двум параметрам: минимизации количества вывозимых отходов (с помощью сортировки) и повышении степени их уплотнения перед вывозом (с помощью компактирования в стационарных уплотняющих устройствах).
для оптимизации всей системы в целом и получения максимального экономического эффекта необходимо рассчитать параметры работы каждого передела сортировки, компактирования, транспортировки (для упрощения спецавтохозяйство рассматривается как единая экономическая система).
Параметрами, связывающими транспортировку сырья и сепарацию, являются количество исходного сырья и содержание в нем полезных компонентов. Извлечение ценных компонентов ε зависит от состава сырья и производительности установки:
ε = f(α) и ε= f(Q)
где α – содержание ценного компонента в исходном,
Q – производительность установки.
Чем выше качество исходного сырья, тем выше извлечение ценных компонентов и ниже себестоимость продукции.
Основным параметром, связывающим сепарацию и компактирование, является количество хвостов, которое определяется исключительно извлечением ценных компонентов на стадии сортировки.
Экономический параметр оптимизации всей системы – прибыль. В отдельных переделах в качестве целевой функции может приниматься минимум затрат при заданных ограничениях на технологические выходные параметры.