Классификация промышленных отходов как основа инфологической модели системы управления их переработкой и утилизацией

УДК 504.062; 004.94

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ КАК ОСНОВА ИНФОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИХ ПЕРЕРАБОТКОЙ И УТИЛИЗАЦИЕЙ

С.С. Лупин, Л.Г. Гагарина

Рассматриваются вопросы информационной поддержки информационно-измерительных систем утилизации промышленных отходов. Приводится их классификация в России, странах ЕС и США. Обоснована необходимость учета в информационно-измерительных системах иерархии методов обращения с отходами не только при утилизации, но и на всех этапах их существования - от предотвращения образования до безопасного захоронения.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, иерархическая классификация, промышленные отходы.

Эффективность современных производственных систем во многом зависит от функционала информационно-измерительных систем (ИИС). Необходимо учитывать, что сегодня не только аппаратные и программные компоненты ИИС определяют их возможности. Информационное и алгоритмическое обеспечение ИИС не менее важно, что зачастую отражается и на стоимости этих компонент. Проблема сбора, накопления, хранения и утилизации промышленных отходов является крайне важной как для России, так и для всего мира. Ряд последних событий, связанных с массовым недовольством жителей Подмосковья экологическими проблемами, которые порождают находящиеся рядом с их жильем полигоны, заставил даже Президента вмешаться в решение этих вопросов. Поэтому совершенствование ИИС, обеспечивающих технологические процессы в цепочке утилизации отходов, является актуальной задачей.

К настоящему времени объем не утилизированных отходов по стране оценивается приблизительно в 82 млрд. тонн. При этом если в странах Европы перерабатывается более 50% отходов, то в России средний уровень повторного использования промышленных отходов составляет 35%, а твердых бытовых - не более 4%. Более 75 млн. гектаров земли загрязнено тяжелыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами. Скорость прироста отходов ежегодно только увеличивается и за последние годы находится на уровне 15...16 %. Причину существенного отставание нашей страны в сфере утилизации промышленных отходов следует искать в отличии подходов к классификации промышленных отходов в России и за рубежом.

Согласно Федеральному закону РФ «Об отходах производства и потребления» № 89 от 24.06.1998 г. все остатки материалов, сырья, продуктов, полуфабрикатов или изделий, которые являются результатом процесса производства/потребления, называются отходами производства и потребления [2]. Правила обращения с отходами производства и потребления устанавливаются в ГОСТ Р 54259-2010, ГОСТ 30772-2001; в свою очередь, концепция обращения с отработками производства и схема управления ими регламентирует Федеральный закон от 25 ноября 1994 г. N 49-ФЗ "О ратификации Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением" [1].

Исходя из упомянутых выше юридических документов РФ - промышленные отходы (ПрО) — это твердые жидкие и газообразные отходы производства, полученные в результате химических, термических, механических и др. преобразований материалов природного и антропогенного происхождения [10]. Нормативными актами законодательства [3] регламентируется порядок обращения с ПрО (рис.1).

300

Временное

Хранение —

временное размещение отходов в специально отведенных местах или объектах

Сбор — деятельности связанная с изъятием, накоплением и размещением отходов в специально отведенных местах или объектах, включал сортировку отходов с целью дальнейшей утилизации или удаления

Постоянное

Удаление — осуществление операций с отходами, которые не приводят к их утилизации

Утилизация —

использование отходов как вторичных материальных или энергетических ресурсов

Обезвреживание —

уменьшение или устранение опасности оводов путем механической, физико-химической или биологической обработки

Захоронение — окончательное размещение отходов при их удалении в специально отведенных местах или на обмкгах таким образом, чтобы долгосрочное вредное воздействие отходов на окружающую природную среду и здоровье человека не превышало установленные нормативы_

Рис. 1. Размещение промышленных отходов

В дополнение к указанному, Федеральный классификационный каталог отходов - 2017, являющийся списком структурированных и сгруппированных в 9 блоков отходов различных видов деятельности [4], в качестве главного классифицирующего признака (восемь знаков кода) использует происхождение (отходов). Отходы, возникающие в результате производства, называются промышленными.

Для кодирования агрегатного состояния и физической формы вида отходов используются девятый и десятый знаки кода (кроме жидкого, твердого и газообразного насчитывается еще 24 состояния и формы).

Выделяется 5 классов опасности ПрО [4]:

- 1 класс - чрезвычайно опасные;

- 2 класс - высокоопасные;

- 3 класс - умеренноопасные;

- 4 класс - малоопасные;

- 5 класс - неопасные.

По степени возможности повторного использования различают ПрО:

- возвратные;

- безвозвратные (потери);

- вторсырье.

Возвратные отходы [4] - ПрО с возможностью их вторичного использования в этом же производстве. В этот класс входят остатки сырья и прочих ресурсов после производства. Так как свойства отходов отличны от сырья, во вторичном цикле они используются для производства продукции с более низким качеством. Необходимо отметить, что для подобного производства может потребоваться большее количество ПрО, чем сырья.

Отходы, которые играют роль первичного сырья для другого вида продукции, относятся к классу вторсырья.

Безвозвратные отходы [4] - ПрО, которые невозможно использовать повторно ни в одном производственном цикле.

Основными методами переработки ПрО являются:

- захоронение;

- сжигание;

- вторичная переработка.

Захоронение на сегодняшний день - наиболее распространенный способ избавления от ПрО. Производится на специально оборудованных полигонах, где, чаще всего, расположен завод по обезвреживанию вредных отработок путем химической переработки и сжигания; при этом токсичность уменьшается или может произойти полное обезвреживание. Захоронение самых опасных отработок производится на территории со специальными котлованами, защищенных от незаконного проникновения на их территорию колючей проволокой. Полигоны запрещается располагать в месте образования полезных ископаемых; на территории с угрозой схода лавин; оползней и пр.; на заболоченной местности; на территории подземных источников питьевой воды; в районе зеленых зон населенных пунктов; на территории занятой лесами и парками; в местах, уже загрязненных токсичными веществами [4, 5].

Существует несколько методов захоронения ПрО путем, так называемой фиксации, т.е. с применением ограничения подвижности. Для твердых отработок с содержанием воды (металлические, радиоактивные и электронные отходы, осадки сточных вод промышленных предприятий) часто используется фиксация цементом, т.к. это относительно дешево. Однако главным минусом этого способа является то, что объем ПрО при этом увеличивается. Фиксация известью подходит для отработок, не содержащих органических веществ. Для изоляции загрязнителей применяется фиксация в термопластические материалы - смешивание сухих отработок с расплавленным пластическим веществом с последующим охлаждением и затвердеванием. Поверхностное обволакивание представляет собой заключение монолитного объема отходов в термопластический материал, такой как полиэтилен, полностью исключающий контакт отходов с вымывающими растворителями. Эта технология более дешева и менее трудоемка, чем вышеназванная технология, однако появление трещин в покрытии может привести к быстрому вымыванию опасных загрязняющих веществ. Фиксация в стекле - используется главным образом для радиоактивных отработок, однако это очень дорогая технология.

Технология захоронения опасных отходов в глубоких подземных скважинах с помощью закачки до настоящего времени остается предметом дискуссий, т. к. противники такого способа утверждают, что канцерогенные, мутагенные и другие химические вещества могут мигрировать под поверхностью земли. В свою очередь, сторонники данного способа доказывают, что в таких глубоких слоях перемещение жидкости обычно измеряется десятками сантиметров в год, следовательно, миграция пренебрежимо мала.

Сжигание - один из самых распространенных способов переработки ПрО; имеет ряд существенных преимуществ [5]:

- может применяться практически для всех видов отходов, в том числе и для содержащих нефтепродукты;

- ведет к уменьшению первоначального объема ПрО на 91-96%;

- приводит к выделению тепловой энергии, которую можно ис-пользовать для генерации пара, получения электроэнергии и горячей воды;

- в значительной мере нейтрализует токсичность отходов;

- с помощью многоступенчатой очистки дымовых газов может быть экологичным.

Обезвреживание большинства опасных отходов осуществляется сжиганием в печах. Температура горения при утилизации достигает 1000-1200°С. Для биологического материала, остатков ЛКМ (клеев, краски, лаков, смол, мастик и т.д.), лабораторных и химических веществ, гигиенических и фармацевтических средств применяется только этот способ. Технология сжигания представлена на рис. 2.

302

отходы

Сбор, предварительная подготовка (обработка); временное хранение и гранспортировна отходов Прямое Методы переработай отходов во вторичные энергоносители

Термохимические Физико-химические Биохимические

ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ

Рис. 2. Переработка ПрО с помощью технологии сжигания

Вторичная переработка (рециклинг - от англ. recycling) отходов или рециклирование и утилизация отходов — повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора. Наибольшее распространение получили вторичная, третичная и т.д. переработка таких материалов, как алюминий, железо, бумага, стекло, асфальт, ткани и различные виды пластика [4, 5].

Потребность вторичной переработки ПрО обусловлена следующими причинами:

- отходы и закончившие свой жизненный цикл изделия часто служат более дешевым источником материалов, чем источники природные.

- объемы запасов многих материалов на Земле ограничены и восполнить их в сроки, сопоставимые со временем существования человеческой цивилизации, невозможно;

- большинство материалов, попав в окружающую среду, становятся загрязнителями.

Рассмотрим принципы построения современных систем сбора и переработки промышленных отходов. Стоит отметить, что система сбора и переработки промышленных отходов является составляющей частью информационно - измерительной системы управления отходами, представляющей собой комплекс мероприятий по сбору, транспортировке, переработке, вторичному использованию или утилизации мусора, а также контроль за данными процессами. При этом проблема утилизации ПрО является одной из ключевых проблем современности, с которой сталкиваются все без исключения страны. В рамках данной статьи целесообразно рассмотреть пути решения этой проблемы в США, странах ЕС и в России [6].

Методология потоков материала основана на информации о производстве материалов и продукции (в зависимости от веса). В начале 70-х годов прошлого века Службой Твёрдых отходов Агентства по охране окружающей среды США (EPA's Office of Solid Waste) и её предшественницей, бывшей на тот момент частью Министерства здравоохранения США (Public Health Service), была сформулирована методология анализа потоков материала, которая позволяет количественно определить и оценить образование отходов и их распределение между используемыми способами их утилизации за период времени (год). Информация о количестве образующихся отходов представляют собой результат особых поправок (корректировок) к данным по производству каждого из производимых материалов и продукции в США. Поправки делаются как для импорта и экспорта, так и по отвлекаемым из потока ПрО материалам и продукции.

303

Предусмотрены поправки и для сроков службы продукции. Данные по образованию отходов получаются в результате сбора информации по различным исследованиям, проводимым во многих населённых пунктах США [7].

Данная методология является основой работы систем сбора и переработки промышленных отходов. Более того, считается, что минимизация образования отходов является самым перспективным методом управления жизненным циклом сбора и переработки промышленных отходов (ЖЦ СППрО). До момента переработки ПрО должны быть собраны, рассортированы по видам и направлены на заводы по переработке во вторичные материалы, которые вместе с природными ресурсами должны вновь поступать производство.

В последние годы возрастает востребованность технологий переработки отходов при помощи мусоросжигательных заводов для получения энергии и продукта, который может быть использован как материал для строительства, в качестве компонента дорожного покрытия.

Многие виды ПрО в XXI веке уже перестали быть «мусором» [8]. Они превратились в товар, представляющий важный сегмент сегодняшнего американского рынка, переработка которого приносит США как экономический эффект, заключающийся в создании дополнительных рабочих мест и добавленной стоимости, так и экологический, состоящий в сохранении природных ресурсов и в уменьшении выбросов в атмосферу Земли парниковых газов, усиливающих процесс глобального изменения климата планеты.

Для повышения эффективности ИИС управления утилизацией отходов используется не только законодательная база, но и стимулирование изменения образа жизни людей. Привлечение населения к выбору места размещения предприятий утилизации ПрО может способствовать формированию общественного доверия, необходимого для создания такого образа жизни, при котором отходов будет меньше.

В странах ЕС ИИС управления отходами предполагает существование единой системы, состоящей из различных аспектов: технических, экономических, социальных, нормативно-правовых, управленческих. В дополнение к этому, принципы устойчивого развития определяют основной вектор управления отходами и создают базу иерархии методов обращения с отходами. Данные принципы составляют основу всех нормативных документов, связанных с обращением с отходами. Ответственность за выполнение задач управления отходами делегируется на различных уровнях власти (федеральном, субъекта Федерации, муниципальном). Политика в области управления отходами в странах ЕС была разработана в конце 80-х годов прошлого века с целью гармонизации обращения с отходами и предотвращения несбалансированного развития технологий в условиях рыночной конкуренции. Управление отходами в ЕС на текущий момент направлено, прежде всего, на снижение количества отходов и гарантию того, что произведенные отходы используются и обезвреживаются не приводящими к повреждению окружающей среды способами.

Основой ИИС управления отходами в ЕС служит Концепция управления отходами, в которой продекларированы следующие принципы [8]:

1) Соблюдение иерархии обращения с отходами (приоритетности). Иерархия выглядит следующим образом: предотвращение, минимизация, вторичное использование, использование материального потенциала, использование энергетического потенциала, захоронение;

2) Принцип предосторожности. Там, где существует угроза серьезного или необратимого ущерба для окружающей среды (ОкС) или здоровья человека, отсутствие всеобъемлющих научных доказательств не должно становиться причиной отказа от реализации мероприятий по предотвращению деградации ОкС, эффективных экономически;

3) Принцип близости. Отходы следует перерабатывать и обезвреживать как можно ближе к местам их образования. Это сокращает финансовые затраты, энергию, время, вероятность аварий. В противном случае негативное влияние указанных выше факторов может нивелировать преимущества от рециклинга, компостирования и других методов обращения с отходами;

4) Принцип "загрязнитель платит". Предприятие-источник загрязнения должно нести все расходы, связанные с проведением мероприятий по обеспечению сохранности ОкС. Иными словами, стоимость этих мероприятий должна быть включена в стоимость товаров и услуг, которые загрязняют ОкС (при производстве и/ или потреблении);

5) Принцип ответственности производителя. Данный принцип базируется на предыдущем принципе и устанавливает юридическую и финансовую ответственность производителя за весь жизненный цикл товара и его упаковки даже после завершения их использования конечным потребителем. Из этого следует, что финансовое бремя переработки и утилизации продукции перекладывается на производителя, что стимулирует его разрабатывать менее вредные для ОкС продукты, которые могут быть подвергнуты повторному использованию и переработке.

На текущий момент в странах ЕС принята так называемая 7-я Программа действий в области охраны окружающей среды [8], в рамках которой разработаны документы «Дорожная карта по эффективности ресурсов», «Инициатива в области сырьевых материалов» и «Тематическая стратегия по менеджменту отходов», а также утвержден Иерархический порядок (рис. 3) обращения с отходами. Приоритеты можно представить следующим образом:

1) предотвращение образования отходов;

2) повторное использование отходов (рециклинг);

3) переработка отходов в качестве вторичных материальных ресурсов;

4) другие методы уничтожения отходов (сжигание в энергетических целях);

5) захоронение опасных отходов на специализированных полигонах.

Рис. 3. Иерархический порядок обращения с отходами в странах ЕС

Рассмотрим каждый элемент при обращении с ПрО подробнее.

Предотвращение образования ПрО [9] осуществляется за счет уменьшения количества опасных материалов при производстве продукции, снижения материалоемкости при разработке и производстве продукции, а также за счет увеличения срока службы продукции.

\ Минимизация образования у источника

Когда жизненный цикл продукции полностью завершен, и появились отходы, то согласно принятому иерархическому порядку производятся:

1) подготовка ПрО для повторного использования;

2) использование ПрО в качестве вторичных материалов;

3) использование ПрО в качестве вторичных энергетических ресурсов или вторичных инертных материалов.

Захоронение ПрО на полигонах и/или уничтожение предусматривается в последнюю очередь.

Повторное использование ПрО [9] подразумевает любой процесс, при котором формально признанные отходами продукт или его компоненты повторно используются с предварительной обработкой или без нее для тех же целей, для которых компоненты или изделие были произведены первоначально. Подготовка к повторному использованию подразумевает проверку, ремонт или очистку, что позволит повторно использовать изделия или материалы без другой предварительной обработки.

Использование ПрО в качестве вторичных материальных ресурсов [7, 8] -это процесс утилизации, при котором отходы преобразуются в материалы или вещества для использования по первоначальному назначению. Этот процесс включает в себя переработку отходов органического происхождения, но не предусматривают утилизации отходов в энергетических целях.

Другие виды ликвидации ПрО - это подразумевает любую операцию, главным результатом которой является замена промотходами других горючих материалов: анаэробное разложение ПрО с получением биогаза; сжигание ПрО с рекуперацией энергии; газификация и пиролиз ПрО с производством энергоносителя (топлива) и (или) тепловой и электрической энергии, а также использование промотходов для засыпки пустот, оврагов, полигонов и т.д. [7, 8].

Последний уровень в иерархическом порядке - это утилизация ПрО путем захоронения на полигонах и/или уничтожения их путем сжигания без получения потребляемой энергии.

Применение иерархического порядка предусматривает проведение мероприятий по защите здоровья человека и окружающей среды, в частности:

- минимизация общего негативного воздействия при использовании первичных природных ресурсов;

- снижение или предотвращение негативных воздействий, возникающих в результате образования ПрО и обращения с ними;

- повышение эффективности получения и использования вторичных ресурсов.

Информационно-измерительные системы управления могут эффективно решать задачи только в том случае, если они формализованы. Проведенный сравнительный анализ подходов к процессам утилизации отходов показал, что основой такой формализации может стать иерархическая классификация методов утилизации отходов, которая позволяет разработать единую инфологическую модель данных для различных ИИС управления

Список литературы

1. Закон Российской Федерации «О ратификации Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением», № 49-ФЗ от 25.11.94.

2. Закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления», № 89-ФЗ от 24.06.98.

3. Закон Российской Федерации «Об охране окружающей среды», № 7-ФЗ от 10.01.02. М.: Собрание законодательства РФ, 2002, № 2, ст. 133

306

4. Федеральная целевая программа «Отходы». Постановление Правительства Российской Федерации от 13 сентября 1996г. № 1098

5. Утилизация мусора в мире // [Электронный ресурс] URL: http://ztbo.ru/o-tbo/stati/obshie/utilizaciya-musora-v-mire (дата обращения: 10.11.2018).

6. ГОСТ Р ИСО 14001:2016 Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению.

7. Bani M.S., Rashid Z.A., Hamid 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. C. 161 - 168.

8. Экологический центр данных по отходам, Евростат // [Электронный ресурс] URL: http://ec.europa.eu/eurostat/web/environment/waste (дата обращения: 10.11.2018).

9. Система обращения с отходами в г. Воронеж, 2016. // [Электронный ресурс] URL: http://repnoe.net/docs/musor/Repnoe-TKQ-Aprel-2016.pdf. (дата обращения: 10.11.2018).

10. Промышленные отходы // [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia. org/wiki. (дата обращения: 10.11.2018).

Лупин Сергей Сергеевич, старший преподаватель, sergeylupin.jr@,gmail. com, Россия, Москва, Национальный исследовательский университет ««МИЭТ».

Гагарина Лариса Геннадьевна, д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой, gagar@bk.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

ANALYSIS OF APPROACHES TO CLASSIFICATION AND UTILIZATION OF INDUSTRIAL

WASTES IN THE USA AND THE EU

S.S. Lupin, L.G. Gagarina

The classification of industrial wastes in Russia, the EU countries and the USA is considered, the hierarchical classification of methods for handling waste - from prevention of education to safe disposal.

Key words: industrial waste, methods of waste management, hierarchical classification.

Lupin Sergey Sergeevich, senior lecturer, sergeylupin.jr@,gmail. com, Russia, Moscow, National Research University of Electronic Technology,

Gagarina Larisa Gennadievna, doctor of technical sciences, professor, head of the department, gagar@bk.ru, Russia, Moscow, National Research University of Electronic Technology