Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

Тулохонова А. В., Уланова О. В.,

4.1. Интегрированный подход к разработке сценариев утилизации ТБО в городе Иркутске

4.1.1. Прогнозирование объемов образования отходов

Прогнозирование объемов образования отходов является первым шагом при планировании системы управления отходами, повышение количества отходов также необходимо учитывать при оптимизации данной системы. Неверные прогнозы объемов образования отходов приводят к выбору оборудования по утилизации отходов с большей производительностью, чем требуется, обуславливая большие экономические издержки. Особенно в странах с низким уровнем развития природоохранной деятельности и с быстро развивающейся экономикой этот аспект становится более существенным и касается как прогноза объемов образования отходов, так и оценки возможного внедрения раздельного сбора отходов. Таким образом, решение этой проблемы требует точного метода определения значимых факторов, влияющих на объемы образования отходов.

Для определения количества образования отходов с требуемой точностью необходимо проведение 2-х последовательных, но независимых друг от друга расчетов. Эти расчеты включают определение:

● будущих объемов образования отходов (без учета выделения отдельных фракций);

● показателей раздельного сбора в будущем (какая часть компонентов отходов (например, стекла) подвергается раздельному сбору.

На рис. 4.1 показано соотношение между образованием 2-х фракций отходов в упрощенном виде (левая колонна), например бумага, которая может быть частично выделена раздельно в источнике образования (правая колонна) и частично не подвергаться разделению и стать компонентом остаточных отходов (средняя колонна).

Оценка объемов образования отходов основана на исследовании взаимосвязи между социально-экономическими условиями и нормами образования отходов.

Показатели раздельного сбора (например, процентное соотношение раздельно собранной бумаги в источнике образования к общему объему образованных отходов бумаги) зависят от поведения населения и возможности внедрения раздельного сбора отходов местными властями.

Рис. 4.1. Образование и сбор типичных компонентов отходов [76]

Образование твердых бытовых отходов – это начальная точка любой системы управления отходами. Входной материал в систему включает в себя широкий набор продукции, которую покупает, использует, преобразует, хранит и позже выбрасывает производитель отходов (рис. 4.2). Материал на выходе можно разделить по группам со схожими материальными характеристиками, как бумага и картон, органические отходы и др.

Рис. 4.2. Образование ТБО [10]

Количество образования отходов на 1 человека строго зависит от социальных и экономических условий. Это подтверждается значительной разницей норм образования отходов, например, в городах Европы и городах России. Сведения о количестве образования твердых бытовых отходов в некоторых странах на 1 человека за 2000 год [77] даны в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Количество образования ТБО на душу населения в странах мира

Страна	Количество ТБО на душу населения, кг в год
Австрия	556
Бельгия	534
Дания	665
Финляндия	364
Франция	530
Германия	537
Греция	372
Ирландия	601
Италия	502
Люксембург	643
Нидерланды	613
Португалия	453
Испания	397
Швеция	428
Соединенное Королевство	493
Исландия	705
Норвегия	613
США	812
Российская Федерация	220

Нормы роста объемов отходов представляют собой больший интерес (чем сами количества отходов), поскольку их определение является необходимым условием для установления оптимальной мощности систем управления отходами. Неточное определение может привести к излишним финансовым затратам и нагрузке на окружающую среду, например, из-за избыточных производственных мощностей. Точное определение может усложняться при рассмотрении территорий с одинаковым экономическим статусом (хотя, казалось бы, что в этих случаях сравнение должно быть легче, чем на неоднородных территориях).

Большинство городов Центральной и Восточной Европы могут служить примером данного факта: ежегодная норма роста на 1 человека объемов ТБО с 1995 до 2001 г. составило от снижения на 5 % до увеличения более чем на 10 % в год с средней нормой роста + 4,3 % в год.

4.1.1.1. Исследование факторов, влияющих на объемы образования ТБО

Результатом анализа факторов, влияющих на:

● общее количество образования твердых отходов на 1 человека;

● состав ТБО по основным фракциям (по массе %) – бумага и картон, стекло, органические отходы, металл и пластики и композиты;

стало выявление ряда важных показателей. Их отбор производился на основе их доступности, как и возможности прогнозирования, что облегчает их использование. Далее описаны, несколько факторов, значительно влияющие на образование ТБО и используемые в качестве модельных параметров (см. табл. 4.2) [78]:

● Внутренний валовый продукт: Это показатель экономического развития региона часто употребляется для оценки увеличения потоков отходов. Существующая взаимосвязь подтверждается более ярко для экономически развитых городов.

● Социальные показатели: Ранее социальные показатели не использовались при оценке объемов образования ТБО. Однако, в работе Beigl P. и др. (2003) было показано, что уровень детской смертности, продолжительность жизни и доля населения, занятого в сельском хозяйстве, имеют значительное влияние, особенно, в быстро развивающихся странах. Преимуществами этих индикаторов являются их доступность, достоверность и прогнозируемость.

● Возраст: Существующая взаимосвязь между долей населения в возрасте от 15 до 59 лет (т.е возрастной группой с высокой экономической активностью) и количество образования отходов была подтверждена проведенными ранее исследованиями.

● Количество членов семьи: Меньшее количество членов семьи также является показателем, обуславливающим образование большего количества отходов [78].

Таблица 4.2

Факторы, влияющие на образование ТБО, используемые
в качестве модельных параметров

Фактор	Единица измерения	Влияние
Внутренний валовый продукт на душу населения	$	+
Уровень детской смертности	на 1000 родившихся	-
Доля населения в возрасте от 15 до 59 лет	% от общего населения	+
Количество членов в семье	Человек в семье	-
Продолжительность населения	Лет	+
Занятость населения в сельском хозяйстве	% от общей рабочей силы	-

4.1.1.2. Модели прогнозирования объемов образования ТБО

Вопросы прогнозирования образования ТБО нашли свое отражение как в зарубежной практике (Boer E., Boer J., Jager J. 2005, Boer E., F.P. Beigl, S. Salhofer, Schneider G. Wassermann 2004), так и в нашей стране. Среди отечественных работ следует отметить работы Я.И. Вайсмана, Коротаева В.Н., Красовской С.П., Моисеевой Н.М. и др.

Выявленные взаимосвязи между социально-экономическими показателями и объемом образования отходов сведены воедино в модели, которые содержат ряд формул (представлены ниже). В табл. 4.3 даны средние граничные значения показателей групп городов по уровню благосостояния. Представленная модель позволяет спрогнозировать объем образования ТБО на 1 человека с точностью 8 % (R2 = 0,65). Эта погрешность значительно ниже по сравнению с другими моделями прогнозирования объемов образования отходов. Например, Sircar и др в 2003 г. был проведен прогноз объемов образования отходов для городов Германии с погрешностью в 14 % [76].

Таблица 4.3

Средние граничные значения показателей групп городов
по уровню благосостояния [31]

Уровень благосостояния	ВВП, млрд евро	Младенческая смертность	Доля населения, занятого в сельском хозяйстве
Низкий	7,1	12,0	21,4
Средний	13,8	8,1	10,5
Высокий	20,200	6,3	4,0
Очень высокий

Для городов с очень высоким благосостоянием:

Для городов с высоким благосостоянием:

Для городов со средним и низким благосостоянием

где ТБОt –	объем образования ТБО на 1 жителя в году t;
ВВПt –	внутренний валовой продукт, $;
МС –	младенческая смертность на 1000 родившихся МСг в городе, МСс в стране;
Нас15-59 –	доля населения в трудоспособном возрасте;
РС –	средний размер семьи;
ПрЖ –	продолжительность жизни [78].

Для проведения прогноза объемов образования отходов для города Иркутск была использована модель для городов со средним уровнем благосостояния: ВРП Иркутской области 15,696 млрд евро [79], доля города Иркутска составляет менее 30 %; младенческая смертность на 1000 родившихся в городе составляет 7,1; доля населения, занятого в сельском хозяйстве менее 10 % [80].

4.1.1.3. Социально-экономические показатели

Сбор исходных данных о социально-экономических показателях на государственном уровне и уровне города проводился по имеющимся литературным источникам, предпочтение отдавалось данным государственной статотчетности и другим официальным документам [67, 80, 81, 82, 83].

4.1.1.4. Оценка будущих объемов образования отходов

Оценка будущих объемов образования отходов по вышеупомянутой модели, которая позволяет выявить взаимосвязь между социально-экономическими показателями данного региона и количеством образования отходов реализована в программе MswPrognosticTool_LCA-IWM.

Эта модель была протестирована с помощью собранных исходных данных. Погрешность прогнозирования (среднее значение) повышается с увеличением периода прогнозирования и равняется:

– 5,3 % для периодов 5–10 лет;

– 7,7 % для периодов 11–22 г [76].

Эти средние погрешности доказывают преимущество использования данной модели в качестве важного инструмента при принятии решений по сравнению с обычными методами.

Оценка сценариев утилизации отходов в рамках исследования производится с учетом полученных результатов роста образования бытовых отходов. Результаты прогнозирования, которые включают определение общей нормы роста количества отходов и изменение состава отходов по основным фракциям для г.Иркутска, представлены в табл. 4.4.

Прогнозирование объемов образования отходов охватывает период с 2009 по 2020 гг. и не учитывает возможные мероприятия по предотвращению и минимизации количеств их образования. Для расчетов были использованы социально-экономические показатели, соответствующие переходному прогнозу программы комплексного социально-экономического развития г. Иркутска на 2008–2020 гг.

Таблица 4.4

Результаты прогнозирования объемов образования отходов в г. Иркутске

Фракция отходов	Исходный год			Проектируемый год			Средняя норма, %
	2009	2009	2009	2020	2020	2020	2009–2020	2009–2020
	т/год	кг/чел/год	доля, %	т/год	кг/чел/год	доля, %	т/год	кг/чел/год
Бумага и картон	35524	61	13,30 %	45756	77	14,60 %	2,60 %	2,30 %
Стекло	30449	52	11,40 %	35728	60	11,40 %	1,60 %	1,40 %
Металл	7479	13	2,80 %	8148	14	2,60 %	1,00 %	0,80 %
Пластики и композиты	43804	75	16,40 %	52651	89	16,80 %	1,90 %	1,70 %
Органические отходы	91348	157	34,20 %	102482	172	32,70 %	1,10 %	0,90 %
Био-отходы	68645	118	25,70 %	76783	129	24,50 %	1,10 %	0,90 %
Растительные отходы	22704	39	8,50 %	25699	43	8,20 %	1,10 %	0,90 %
Другие отходы, в том числе крупногабаритные	58495	101	21,90 %	68635	116	21,90 %	1,60 %	1,40 %
Всего	267100	460	100,00 %	313400	528	100,00 %	1,60 %	1,40 %

Рис. 4.3. Динамика изменения состава отходов (прогноз 2009-2020гг.)

Согласно полученным результатам средняя норма повышения объемов образующихся отходов составит 1,4 % в год на 1 жителя или 1,6 % в год для всего объема отходов. В данном прогнозе отражается тенденция изменения состава отходов, наметившаяся в Иркутске с 1991 г., а именно (см. рис. 4.3):

● увеличение доли бумажных отходов;

● продолжающееся, однако снизившее интенсивность роста количество полимерных отходов;

● снижение количества органических отходов;

● снижение доли металлоотходов;

● повышение количества отходов стекла на 1 человека, не оказавшее влияние на его удельный вес в составе отходов.

Изменение состава и количества ТБО в г. Иркутске является следствием экономического развития региона, повышения благосостояния населения и увеличения количества жителей (по прогнозу численность жителей в 2020 г. достигнет 594 тыс. чел, что на 3 % превышает численность 2009 г.).

Рис. 4.4. Прогноз объемов образования отходов в г. Иркутске

Согласно полученным результатам средняя норма повышения объемов образующихся отходов составит 1,4 % в год на 1 жителя г. Иркутска или 1,6 % в год для всего объема отходов. Общий рост объемов отходов за прогнозируемый период составит около 20 % и достигнет 313400 т отходов к 2020 г. или 3 134 тыс. куб.м. Таким образом, количество отходов, размещаемых на полигоне будет повышаться приблизительно на 70 тыс. куб. м ежегодно. (без учета возможного поступления отходов с территорий других муниципальных образований – Ангарск, Шелехов и др.). Повышение количества образующихся отходов представлено на рис. 4.4.

4.1.1.5. Мероприятия по предотвращению образования ТБО

Термин «предотвращение отходов» определяется, как количественное снижение общего объема твердых бытовых отходов. Количество предотвращенных отходов не оказывают влияния на сбор и утилизацию ТБО и поэтому не вызывают нагрузку на окружающую среду на всех стадиях системы управления отходов.

Подробное исследование возможных мер предотвращения образования отходов проведенно для г. Вены (S. Salhofer и др. 2000). Предметом интереса в данном исследовании являются меры предотвращения образования отходов на муниципальном уровне (т.е. влияние государственных мер не учитывается). Исследование показало, что в общем, влияние городских властей на поведение жителей путем принятия различных постановлений достаточно ограничено, а из 22 рассмотренных
общественных мер по предотвращению, только 6 обладают достаточным потенциалом и возможны для внедрения городской администрацией. Было рассчитано, при внедрении этих 6 методов возможно снизить объем образования отходов на 30 кг/чел./год, из которых 15 кг/чел./год – это остаточные отходы, составляющие около 5 % от общего количества остаточных отходов, образующихся в Вене [10].

Опыт этого и подобных исследований в данной области позволяют выделить критерии для определения эффективности предотвращения отходов при внедрении этих мер. В городах с развитой экономикой, высокими доходами и соответствующим потребительским потреблением жителей, меры предотвращения образования отходов могут быть инициированы городскими программами. Средний количественный эффект от внедрения группы превентивных мер показан в табл. 4.5. Эффект предотвращения образования отходов оценивается как процентное соотношение от общего количества потенциально образующихся отходов.

Показатель выполнения каждого мероприятия: Показатель выполнения определяется как доля от населения (для общественных мер) или городских служащих (в случаях внутренних мер), которые возможно охватить в рамках каждого мероприятия (0 % – если мероприятие не было реализовано). Нужно заметить, что достижение 100 %-го показателя выполнения очень сложно из-за финансовых ограничений. Достичь
выполнения мероприятия, касающегося повышения заинтересованности общественности возможно только в небольших районах города (например, отдельном многоквартирном доме), и потому показатель выполнения ограничен максимум до 20 %. В течение периода внедрения, было установлено, что превентивный эффект линейно увеличивается с начального года до последнего. [10].

Таблица 4.5

Средний потенциал предотвращения образования отходов
для каждой меры [10]

Меры по предотвращению образования отходов на уровне города	Превентивный потенциал по фракциям, %
	Потенциал для бумаги и картона*	Потенциал для органики	Все твердые бытовые отходы
Общественные меры стикеры на почтовых ящиках: «нет листовок (рекламы); распространение руководств по проведению ремонтa; распространение руководств по сортировке вторично используемой продукции; распространение высокого уровня обслуживания; повторное использование подгузников; интенсификация отношений общества с муниципальными властями; популяризация домашнего компостирования;	9,52	11,17	1,32 0,11 0,04 0,28 5,00
Внутренние меры постановление о вторично используемых материалах; постановление о двустороннем использовании бумаги; постановление о вторично используемых полотенцах, салфетках	0,63		0,09 0,04

Примечание. * Потенциал = Количество раздельно собранных отходов в источнике образования + количество фракции в остаточных/смешанных отходах.

Основываясь на опыте проведенного исследования, наиболее предпочтительными мерами по предотвращению образования отходов для города Иркутска являются:

● отказ от рекламы в почтовых ящиках (расклейка стикеров на почтовых ящиках: «нет листовок» (рекламы);

● разработка и распространение специализированных информационных руководств по проведению ресурсосберегающего ремонта в домовладениях;

● разработка и распространение специализированных информационных руководств по разъяснению среди населения возможности и необходимости использования предметов многоразового/длительного пользования вместо одноразовых там, где это возможно.

4.1.2. Определение потенциала раздельного сбора ТБО в Иркутске

4.1.2.1. Исследование факторов, влияющих на раздельный сбор ТБО

Сортировка отходов населением играет центральную роль в интегрированной системе управления отходами. Способ сбора отходов определяет ряд возможных методов управления отходами, как материальная переработка, биологические методы утилизации и т.д.

Прогнозирование количества образования отходов производится отдельно по каждой рассматриваемой фракций отходов. Существуют различные факторы, влияющие на раздельный сбор отходов. Если сортировка отходов производится только населением рассматриваемого города, то «поведение» жителей является ключевым фактором влияния.

Поведение жителей определяется 3 факторами, так называемой моделью Триады [76]. Zegwaard (2000) применил эту теорию к раздельному сбору отходов:

● Мотивация (мотивированы ли жители сортировать отходы?)

● Способность (могут ли жители физически и сознательно сортировать отходы?)

● Возможность (обеспечены ли жители возможностью сортировать отходы?)

На рис. 4.5 показано влияние этих 3 факторов. Если один из факторов низкий, то уровень сортировки отходов также будет низок. Традиционно, внимание властей приковано к оптимизации возможностей для жителей посредством обеспечения техническими средствами системы управления отходами. Предлагаются различные контейнеры и емкости услуги для сбора отдельных фракций. Мотивация и способность жителей часто не принимается во внимание.

Рис. 4.5. Модель Триады применительно к сортировке отходов [76]

4.1.2.2. Достижимые и оптимальные нормы раздельного сбора ТБО

Для расчета количества отходов, которые потенциально возможно выделить посредством раздельного сбора, необходимо применение адекватных норм разделения компонентов отходов. Из-за отсутствия в России достаточного опыта эффективного применения раздельного сбора отходов, нормы для выделяемых фракций определены на основе показателей, достигнутых в городах Европы. Нормы сбора перерабатываемых фракций отходов, которые возможно достичь при внедрении раздельного сбора в течение 10 лет (целевые) и оптимально достижимые нормы, соответствующие средним показателям городов с эффективной системой выделения перерабатываемых компонентов отходов, представлены в табл. 4.6. Эти нормы были использованы для расчета количества отходов, которые могут быть выделены в Иркутске при внедрении раздельного сбора к 2020 г.

В табл. 4.6 даны рассчитанные целевые и оптимальные значения, выраженные в качестве процентных соотношений по массе для 5 фракций отходов.

Таблица 4.6

Рекомендуемые целевые и оптимальные значения
для раздельного сбора отходов [84]

Компонент отходов	Нормы раздельного сбора, % (целевые)	Оптимальные нормы раздельного сбора, %
Бумага/картон	45	74
Металл	50	60
Пластики и композиты	33	65
Стекло	50	69
Органические отходы	22	51

По результатам прогнозирования в 2020 году объем образования ТБО составит 313,4 тыс. т. Расчет объемов выделяемых потоков приведен в табл. 4.7. Из 313,4 тыс. т образующихся отходов 82,449 тыс. т может быть собрано раздельно при достижении целевых норм и 149,89 тыс. т при оптимальных показателях, при этом количество отходов, размещаемых на полигоне может быть снижено до 26 и до 48 % соответственно (см. рис. 4.6).

Таблица 4.7

Количество потенциально выделяемых отходов

Компоненты отходов	Состав, %	Количество компонента, тонн	Целевая норма раз­дель­ного сбора, %	Количество потенциально выделяемых отходов, т	Оптимальная норма раздельного сбора, %	Количество потенциально выделяемых отходов, т
Бумага/картон	14,6	45,756	45	20,590	74	33,860
Металл	2,6	8,148	50	4,074	60	4,889
Пластики и композиты	16,8	52,651	33	17,375	65	34,223
Стекло	11,4	35,728	50	17,864	69	24,652
Органические отходы	32,7	102,482	22	22,546	51	52,266
Другое	21,9	68,635
Итого	100	313,400		82,449 (26 %)		149,890 (48 %)
Остаточные отходы				230,951		163,510

Для дальнейшей оценки разработанных сценариев учитываются величины потоков отходов (вторичные материальные ресурсы, остаточные отходы), полученные при оптимальном варианте раздельного сбора.

Рис. 4.6. Потенциал раздельного сбора отходов