Эколого-экономическая система управления отходами в промышленности строительных материалов

В современный технический век наблюдается тенденция усиления негативного воздействия объектов экономики на окружающую среду и здоровье населения. В этой связи особую актуальность приобретает концепция устойчивого развития регионов, предусматривающая эколого-экономическое взаимодействие экономики и экологии. Реализация концепции эколого-экономического развития стран и регионов предусматривает разработку систем планирования и управления устойчивыми природно-техническими комплексами, как основного фактора обеспечения экологической безопасности всех видов хозяйственной деятельности населения. Планирование и разработка систем утилизации техногенных отходов является одной из приоритетных задач снижения экологической напряженности в материалоемких отраслях, обеспечивающих экологическую безопасность строительства и городского хозяйства на крупнейших урбанизированных территориях. Производство строительных материалов с использованием техногенных отходов рассматривается как средообразующий экологический фактор, формирующий безопасные условия жизнедеятельности населения. Применение техногенных отходов в качестве вторичных материальных ресурсов в строительстве позволяет снизить негативное воздействие на окружающую среду, затраты на производство строительных материалов, увеличить капиталоемкость строительной отрасли. Вместе с тем, реализация деятельности отходоперерабатывающих предприятий возможна лишь при наличии оптимальной системы сбора, сортировки и утилизации отходов [1,2].

В настоящее время в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства проводятся исследования, направленные на создание эффективной системы управления отходами, включающей сбор и сортировку отходов производства и потребления [3, 4].

Современные представления и основные принципы утилизации продуктов переработки изношенных шин в промышленности строительных материалов. Наиболее распространёнными техногенными отходами являются изношенные автомобильные шины (ПАШ). Увеличение автомобильного транспорта влечёт за собой накопление значительных объёмов ИАШ. В шинах содержится значительное количество качественного углеводородного сырья, текстильного материала, лома легированной стали в виде натуральных и синтетических волокон. Поэтому, утилизации изношенных шин, является актуальной задачей как с экологической, так и экономической точек зрения [5, 6, 7].

В настоящей работе рассмотрена система управления отходами автотранспортного комплекса (АТК), разработан комплекс мероприятий, направленных на сбор ИАШ с целью дальнейшей утилизации их в строительстве. Целью предлагаемой системы управления является снижение негативного воздействия на окружающую среду изношенных шин, использование продуктов переработки ИАШ в качестве вторичного сырья, улучшение эстетического облика территорий РФ.

В Российской Федерации динамика утилизации изношенных шин, несмотря на незначительное превышение, по сравнению с их производством находится на низком уровне (рис. 1), что обусловлено недостаточной степенью развития технологических процессов переработки и перерабатывающих организаций, отсутствием нормативнозаконодательной базы, регулирующей эту сферу природоохранной деятельности. Обеспеченность РФ природными ресурсами, значительные цены на углеводородное сырье, являются определяющими факторами увеличения потребления природного сырья и его добычи, являющейся наиболее выгодной по сравнению с утилизацией отходов во вторичные материальные ресурсы.

Отработанные шины, накапливаясь в местах их эксплуатации (в промышленных предприятиях, строительной отрасли, в сфере оказания услуг и т.п.), наносят значительный ущерб окружающей среде.

Изношенные автомобильные обладают высокой пожароопасностью, а их составляющие компоненты в процессе сжигания оказывают вредное воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при сжигании изношенных автомобильных шин приведены в табл. 1. Независимо от полноты сгорания шин, выбросы токсических веществ остаются на стабильно высоком уровне, а при увеличении объемов НАШ подвергаемых сжиганию, выбросы загрязняющих веществ увеличиваются пропорционально.

Установленный компонентный состав изношенных автомобильных шин (табл. 2) и химический состав каучука в НАШ (ацетоновый экстракт - 12,4%; зола - 5,1 %; технический углерод - 33,3% и полимеры - 49,2%), подтверждают наличие опасных загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух.

Таблица 1

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при сжигании изношенных автомобильных шин

Наименование загрязняющих веществ

Максимальноразовый выброс, г/с

ПДК м.р., мг/м3

Диванадий пентоксид (пыль)

0,083

-

Диоксид азота

8,25

0,2

Оксид азота (II)

1,34

0,4

Г идрохлорид

0,06

0,2

Диоксид серы

37,22

0,5

Оксиды углерода

0,006

5,0

Г идрофторид

0,12

0,02

Примечание. Приняты следующие исходные данные для расчета: производительность котла - 10 т/час; потери теплоты от химической неполноты сгорания ИАШ - 0,1%; потери теплоты от механической неполноты сгорания ИАШ - 10%; температура продуктов сгорания: 350°С.

Таблица 2

_Компонентный состав изношенных автомобильных шин_

Наименование

Содержание, %

Каучук

41,9

Сера

1,15

Меркаптобензотиазол

0,32

Оксид цинка

2,09

Стеарин технический

1,26

Сажа ДГ 10

18,65

Фенилнафтиламин

0,63

Текстиль

17

Металл

16,79

Прочее

0,21

Разработка системы управления отходами на примере Пензенского региона. Разработка и внедрение системы управления в сфере образования отходов включает в себя подготовительный этап, этапы реализации и оценки результатов реализации. Подготовительный этап предполагает формулировку общих целей и задач системы, а также исследование существующего рынка утилизации ИАШ, оценку требуемых ресурсов в регионах. Этап реализации предусматривает внедрение технологий сбора ИАШ: приобретение и монтаж специальных контейнеров, реконструкцию существующих контейнерных площадок временного накопления ИАШ. Реализация комплекса мер, направленных на совершенствование существующей деятельности по обращению с отходами, невозможна без участия муниципальных служб региона, проведения разъяснительной работы по вопросам сбора ИАШ (размещение разъяснительных плакатов, распространение листовок и буклетов, создание специализированной интернет-страницы, посвященной проблеме обращения с отходами, организация информационной службы, консультирующей население по вопросам обращения с отходам и т.д.). Полученная информация может использоваться как для улучшения работы в ходе организации сбора ИАШ, так и для уточнения этапов реализации. Важным фактором на заключительном этапе разработки и внедрения системы управления является оценка технико-экономической эффективности и получение дохода от реализации продуктов переработки ИАШ.

Полученная прибыль в полном объеме направляется на дальнейшее развитие деятельности в области обращения с отходами [8,9].

В соответствие с предлагаемой системой, движение ИАШ в составе муниципальных отходов зависит от двух основных факторов: численности проживающего населения; наличия постоянного транспортного сообщения и удаленности от других населенных пунктов. В связи с этим, при разработке эффективной системы организации сбора ИАШ (на примере территории Пензенского региона), в зависимости от численности населения урбанизированные территории Пензенской области разделены на четыре вида: центральные, крупные, средние и малые населенные пункты.

Схема сбора изношенных автомобильных шин на урбанизированных территориях

Рис. 2. Схема сбора изношенных автомобильных шин на урбанизированных территориях.

Для реализации системы сбора изношенных шин необходимо совершенствование нормативно-законодательной базы, в частности разработка и принятие Закона Пензенской области «О вторичных сырьевых ресурсах», регулирующего деятельность в области обращения с изношенными шинами и техногенными отходами в целом. Проект закона предусматривает вовлечение органов местного самоуправления по целому ряду функций: подбор участков для размещения специальных площадок сбора ИАШ и контейнеров, введения дифференцированных ставок оплаты за сдачу ИАШ хозяйствующими субъектами и частным сектором, привлечение инвестиций со стороны заинтересованных инвесторов, подбор клининговых компаний и т.д. [10, 11].

Математическое моделирование процесса утилизации продуктов переработки ИАШ. Процесс утилизации ИАШ, как альтернатива сжиганию и размещению имеет важное социальное значение в деле сохранения экологического баланса урбанизированных территорий, повторного использования продуктов переработки ИАШ, снижения потребления невозобновляемых природных ресурсов и организации благоприятных условий жизнедеятельности населения [12, 13].

Основным видом выпускаемой предприятиями-переработчиками ИАШ является резиновая крошка, выход которой в процессе механической переработки составляет свыше 60%. С использованием эффективного оборудования для измельчения возможно получать высококачественную резиновую крошку различных характеристик, с размером частиц от 0,3 до 3,5 мм. Направления использования резиновой крошки обширны [14, 15]. Металлокорд, как продукт переработки ИАШ сдаётся в качестве металлолома. При этом, затраты на утилизацию шин закладываются в стоимость резиновой крошки, без учёта извлечённого ме- таллокорда. Вместе с тем, металлокорд, как продукт переработки и развития шинной промышленности является одним из наиболее прочных материалов, используемых в промышленности [16].

Применение продуктов переработки ИАШ в качестве вторичных материальных ресурсов для строительных материалов и концепция их получения основана на следующих аспектах: экологическом, технологическом и экономическом. Экологическое требование базируется на безопасном производстве и использовании продуктов переработки ИАШ и требует особого внимания. Технологические требования отражают механизмы формирования структуры строительных материалов с использованием техногенных отходов. Экономический аспект раскрывает целесообразность применения техногенных отходов в системе «затраты - качество», эффективность применения продуктов переработки ИАШ в качестве вторичных материальных ресурсов [17].

В качестве базовых компонентов продуктов переработки ИАШ рассматриваются резиновая крошка фр. 0,5... 1,2 мм; фр. 1,2 ...2,2мм и фр. 2,2...3,2 мм и металлокорд следующих геометрических характеристик

^ = 0,5...5,0 мм, ^ = 5,0... 10 мм, ^ = 10... 18 мм, d = 0,2... 1,0мм.

На основе базовых компонентов продуктов механической переработки изношенных автомобильных шин, предложены следующие направления их утилизации, способствующие дальнейшему развитию экоиндустрии в строительстве:

  • - создание экономичных отечественных напольных и кровельных покрытий с использованием резиновой крошки, выход которой в процессе переработки составляет свыше 60%;
  • - разработка эффективных дисперсноармированных бетонов с применением в качестве армирующих элементов металлокорда, обеспечивающей замену промышленной фибры на металлокорд.

Основной составной частью системы управления по сбору и утилизации ИАШ на региональном уровне является модель утилизации [18] изношенных шин объёма V с дальнейшим использованием продуктов, образуемых в процессе переработки в различных параллельнопоследовательных технологиях (например, помола на экструдерах различной мощности, фракционирования, переплавки, захоронения, товарной реализации, прессования для получения резиночерепицы и т.п.).

Предлагаемая математическая модель представлена следующим выражением процесса утилизации ИАШ:

где - объём ИАШ, подлежащих утилизации;

- объём /-ого продукта в r-том рецикле;

объёму-ого отхода в r-том рецикле;

к, т- вид продуктов и отходов переработки на каждом из рециклов.

В соответствие с предлагаемой моделью в каждом r-том рецикле = 1, ...,R - количество рециклов) образуется кг - видов продуктов и тг- видов отходов. Обозначим через V[ объём /-ого продукта в r-том рецикле, а через Uf объём у'-ого отхода. Очевидным условием каждого г-того этапа является выполнение материального баланса, прерывание которого на r-том цикле определяется социальным заказом на получаемые материалы. При этом, отход r-того рецикла может оказаться исходным продуктом для следующего возможного рецикла. Определение качественно-аналитических оценок на очередном рецикле начинается с постановки основной цели в виде планирования перечня возможного получения промежуточных или конечных продуктов, а также отходов. Постановка цели формулируется на основании различных факторов: социального заказа, требуемой мощности перерабатывающих производств, стоимостных оценок и др. Очевидно, что количество рециклов и их рациональность определяет пользователь, исходя из конкретных задач.

На основании предлагаемой модели выполнена качественноколичественная оценка возможности использования продуктов переработки изношенных шин как самостоятельных ресурсных компонентов, разработано информационное и математическое обеспечение утилизации продуктов переработки изношенных автомобильных шин, позволяющее с помощью компьютерных программ «Материальный баланс», «Оптимизация составов» осуществлять ресурсосберегающие технологии рециклинга ИАШ и обеспечивающее дальнейшее развитие экоиндустрии в строительстве.

Таким образом, утилизация ИАШ по безотходной технологии является наиболее перспективным направлением, при этом для обеспечения принципа безотходности необходимо сохранить физико-химические и механические свойства всех составляющих компонентов шин. В связи с этим, при подборе наиболее оптимального состава строительного материала помимо финансовой стороны, необходимо оценивать: физикохимические характеристики используемых компонентов, воздействие применяемых сырья и получаемых материалов на окружающую среду, экологические риски при внедрении материалов в масштабное производство и пр.

Основные преимущества разработки системы менеджмента в строительстве в части создания эффективных ресурсосберегающих строительных материалов заключаются в следующем:

  • - обеспечение экологической безопасности строительства и городского хозяйства;
  • - снижение негативного воздействия на урбанизированные территории путем использования продуктов переработки ИАШ в качестве вторичных материальных ресурсов в строительной индустрии.
  • - увеличение объемов использования вторичных ресурсов и расширения материально-сырьевой базы;
  • - увеличение масштабов развития экоиндустрии.

Предложенные инновационные методы утилизации ИАШ легли в

основу создания и функционирования малого научно- производственного предприятия НПП «Экоресурс», способствующему развитию инновационного сектора экономики Пензенской области.

Ожидаемым результатом организации системы управления отходами считается:

  • • улучшение санитарно-эпидемической и эстетической обстановки на территориях регионов РФ;
  • • сокращение экономических затрат за вывоз и размещение ИАШ на полигоне и платежей за негативное воздействие на окружающую среду;
  • • создание инновационных технологий утилизации отходов в строительстве, новых рабочих мест;

Разработка и внедрение рационального обращения с отходами способствует не только минимизации отходов, но и приносит реальную прибыль.

Литература:

  • 1. Демьянова В.С. Сбор, сортировка и переработка твердых бытовых отходов в городах и поселках / В.С. Демьянова, Э.А. Овчаренков, С.В. Дырова // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - №3. - С. 77-81.
  • 2. Бабанин И.В. Организация селективного сбора отходов. Методические рекомендации / И.В. Бабанин // Твердые бытовые отходы. - 2009. - №9. - С. 10-17.
  • 3. Высоцкая М.Р. Управление отходами гостиничного бизнеса / М.Р. Высоцкая // Твердые бытовые отходы. - 2010. - №5. - С. 18-21.
  • 4. Демидова В.О. Экологическое сопровождение деятельности в сфере обращения с отходами в условиях городской территории ПТУ АС / В.О. Демидова,

B. С. Демьянова // Материалы Международной научно-технической конференции студентов (Москва, 15-19 марта 2010 г.). - Москва: МГСУ, 2010. -

C. 431-436

  • 5. Демьянова В.С., Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путём использования отходов автопромышленного комплекса. / В.С. Демьянова, М.М. Макаров, Р.А. Дярькин, П.А Кураков // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - № 4. С. 86-90.
  • 6. Трофименко Ю.В. Актуальные проблемы инженерной экологии и обеспечение техносферной безопасностью автотранспортного комплекса. / Ю.В. Трофименко // Безопасность в техносфере. - 2007. - № 5. С. 3-5.
  • 7. Демьянова В.С. Эффективные ресурсосберегающие строительные материалы с использованием продуктов переработки изношенных автомобильных шин. / В.С. Демьянова, Р.А. Дярькин, А.Д. Гусев // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов III Международного экологического конгресса «ELPIT-2011». - Тольятти: ТГУ,-2011.Т6 - С. 146-150.
  • 8. Бурцева Н.Н. Экоиндустрия в сфере отходов: планирование на территориальном уровне. /Н.Н. Бурцева // Твердые бытовые отходы. Москва, 2011, №3. С 10-12.
  • 9. Чепига В.Н. Госцударственно-концессионная модель управления отходами. / В.Н. Чепига // Твердые бытовые отходы. Москва, 2012, №4.С 16-19.
  • 10. Демьянова В.С. Правовая деятельность обращения с отходами производства и потребления на предприятиях автотранспортного комплекса России. / В.С. Демьянова, Р.А. Дярькин, А.Д. Гусев. // Сборник трудов Международной конференции «Новые дороги России» - Саратов: ООО «Издательский центр «Наука». - 2011. с. 498 - 507.
  • 11. Павленков Ю.В. Построение системы обращения с отходами в муниципальных образованиях. / Ю.В.Павленков // Твердые бытовые отходы. Москва, 2012, №4. С 26-30.
  • 12. Демьянова В.С. Комплексное использование промышленных отходов /

B. С. Демьянова //Экология и промышленность России, Москва, 2008. - №1. -

C. 12-15.

  • 13. Кузнецов Н.Н. О становлении и развитии отходоперерабатывающей отрасли. / Н.Н. Кузнецов // Твердые бытовые отходы. Москва, 2012, №4.С 31-33.
  • 14. Дроздовский В.Ф. Получение резиновой крошки из амортизованных шин при низких температурах. М.:ЦНИИТЭПефтехим. 1990. 62 с.
  • 15. Гусев А.Д. Черепица на основе резиносодержащих отходов /А.Д. Гусев // Материалы международной научно-технической конференции в 2 частях, часть 1. - Саранск: Издательство Мордовского университета. - 2009. с. 10 - 13.
  • 16. Рашевский Н.Д., Кроник В.С. и др. Переработка изношенных автомобильных шин с металлокордом. / Н.Д. Рашевский, В.С. Кроник и др. // Экология и промышленность России. - 2000. - №12. - С. 17-20.
  • 17. Демьянова В.С., Артамонова Ю.С., Гусев А.Д. Экономическая эффективность рециклинга автомобильных шин. // Международный техникоэкономический журнал. 2011. № 4. С. 50-55
  • 18. Демьянова В.С. Моделирование процесса утилизации продуктов переработки изношенных автомобильных шин в промышленности строительных материалов. / В.С. Демьянова, В.Г.Камбург, Р.А. Дярькин // Восточно-Европейский журнал передовых технологий - Харьков, Украина: ЕЕ JET. - 2012. - № 2/10. с. 50-52.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >