Методика экономической оценки системы утилизации специальных отходов

Состояние окружающей среды зависит от множества факторов, в том числе, от антропогенного воздействия. В настоящее время сохранение окружающей природной среды стало одной из важнейших проблем человечества. Чем выше поднимается уровень цивилизации и чем больше материальных благ потребляют люди при производстве и в быту, тем больше они производят разнообразных отходов.

В конце XX столетия Всемирная организация здравоохранения, составляя рейтинг особо опасных отходов, которые существуют вообще, на первое место поставила именно медицинские отходы, ввиду их особой специфичности.

Актуальность темы

диссертационной работы. Развитие технологических процессов, появление новых материалов привело к появлению опасных для окружающей среды отходов. В связи с этим возникла потребность в новых технологиях их переработки и методах оценки последствий утилизации опасных отходов. Возникла необходимость разработки экологически безопасных, организационно и экономически обоснованных систем утилизации специальных отходов (СО). Специфичность и многообразие технологий потребовала разработки методики определения экономической эффективности на основе специфических оценочных показателей. Специальные отходы содержат широкий спектр компонентов — от обычных бытовых отходов до высокотоксичных, радиоактивных, инфицированных, эстетически неблагоприятных, опасных в травматологическом отношении составляющих. Наиболее важным, с научной точки зрения является изучение систем обращения специальных отходов и их воздействия на окружающую природную среду. Большой вклад в изучение проблем обращения особо опасных отходов, разработку новых технологий, оценку их воздействия на окружающую природную среду внесли: ИПЭФ РАН, АКХ им. К.Д.

Памфилова, МГУ, институт системного анализа РАН, ИЭЭ РАН, институт биохимии РАН, НИЦЭБ РАН, СПбГПУ, СПбГУ, РГГУ, Комитет по экологии ГД ФС РФ, Комитет по экономической политике ГД ФС РФ, а также многочисленные отечественные и зарубежные специалисты.

Особое опасение вызывает рост медицинских отходов (МО) как один из наиболее распространенных опасных специальных видов. Анализ литературы и практика свидетельствует, что использование в России традиционных технологий обращения с медицинскими отходами не обеспечивает необходимую безопасность. Одной из причин возникновения инфекций являются пожары на свалках с обсеменённым патогенной микрофлорой медицинским мусором. Возбудители опасных инфекций мгновенно распространяются на многие десятки километров вокруг. Не спасает и захоронение в землю. Опасные микроорганизмы вымываются грунтовыми водами, а когда биоорганика неминуемо загнивает, то они попадают на поверхность с выделяемыми при этом газами.

Традиционные системы обращения с твердыми коммунальными отходами (ТКО) не подходят для специальных отходов, а действующие на данное время нормативные документы по утилизации, переработке и уничтожению не соответствуют современным требованиям и требуют пересмотра.

Основной целью исследования данной научной работы является создание методик выработки управленческих решений и оценки организационных и технологических систем утилизации специальных отходов, основанных на современных представлениях об экономическом анализе, оценке экологического риска, воздействия на окружающую среду, использовании системного анализа для сложного организационно-технологического комплекса, позволяющих эффективно решать проблемы управления движением и утилизацией отходов данной категории.

В результате исследования проблемы определились основные задачи диссертационного исследования:

1. Классификация специальных отходов с учетом состава факторов опасности.

2. Анализ методов утилизации специальных отходов, требующих специальных технологий, повышенных мер безопасности.

3. Разработка организации процесса утилизации специальных отходов как I комплекса организационно-технологических мероприятий.

4. Определение организационной структуры и задач региональных центров утилизации специальных отходов медицинских учреждений.

5. Получение взаимосвязи затрат на утилизацию и коэффициента уменьшения опасности отходов по технологиям утилизации.

6. Экономическая оценка технологий с позиции экономичности применения и безопасности для окружающей среды.

7. Разработка многокритериальных моделей для выбора оптимальной технологии и элементов системы утилизации.

Объект исследования: комплекс организационных и технических решений системы утилизации специальных отходов.

Предмет исследования: система отношений, возникающая в организационно-технологическом комплексе утилизации специальных отходов (сбор, временное хранение, транспортировка, обезвреживание, ликвидация, захоронение).

Научная новизна диссертационной работы заключается в приложении методов экономического анализа и оптимизации применительно к особенностям нового объекта — сектора промышленности — «высокотемпературная переработка».

Практическая значимость. Проведённое исследование позволяет предприятиям по утилизации отходов, медицинским учреждениям, санэпидемслужбам, коммунальным предприятиям сформулировать методику экономической оценки системы утилизации специальных отходов и определить оптимальные способы их обезвреживания и утилизации.

Достоверность научных результатов и основных выводов подтверждается использованием теоретических положений, изложенных в литературных источниках, анализом фактического материала результатов деятельности региональных систем обращения специальных отходов, представительностью использованного статистического материала медицинских учреждений, а также использованием фактических материалов утилизации опытных партий специальных отходов.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в сборе исходного статистического и фактического материала, сравнительном анализе технологий переработки специальных отходов, самостоятельной разработке методики экономической оценки системы утилизации специальных отходов на основе уточнения характеристик специальных отходов и их классификации, экономико-экологической оценке технологий по переработке специальных отходов, технико-экономическом расчёте параметров установки по переработке специальных отходов на основе плазменных технологий, применении многокритериального анализа для оценки технологий утилизации отходов медицинских учреждений.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, представлены и обсуждены на 7-й Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии», IX Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах», X Международной научно-практической конференции «Интеграция экономики в систему мирохозяйственных связей», VI Международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии», Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «XXXIV Неделя науки СПбГГТУ», Международном молодежном экологическом форуме стран балтийского региона «Экобалтика 2006». Основные результаты диссертации опубликованы в 8-ми работах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 112 е., включает 13 табл. и 18 рис. Список использованной литературы содержит 118 наименований.

Выводы к главе 2.

Приведенный анализ существующих методов показывает преимущество термических методов обезвреживания отходов перед прочими, т.к. при использовании термических установок оптимально сочетаются экологические и экономические параметры — стоимость обезвреживания, простота установки, обслуживание специально обученными работниками ЛПУ без привлечения дорогостоящих специалистов с одной стороны и надежность дезинфекции отходов, невозможность дальнейшего применения использованного инструментария, качество и количество отходящих газов, образующихся шлаков, сточных вод, сокращерше объёмов отходов, отправляемых на захоронение.

Технология плазмохимической переработки МО методом высокотемпературной минерализации является одним из наиболее эффективных способов обеззараживания и обезвреживания отходов ЛПУ. Метод позволяет не только обезвредить медицинские отходы, но и сократить объем подлежащих захоронению отходов в 50−400 раз.

При использовании плазменного метода потребляется один вид энергии (электрическая), которая является возобновляемой и сравнительно просто транспортируется.

В данной технологии образуется меньшее количество дымовых газов, так как нет необходимости в большом потреблении воздуха при сгорании газа и нефтепродуктов.

Высокая степень обезвреживания и универсальность плазменных методов позволяет применять их для переработки инфицированных, токсичных, фармацевтических отходов и цитостатиков (при использовании плазменных методов нет ограничений максимальных температур).

Глава 3. Применение плазменных установок при переработке особо опасных отходов.

Широко применяемые в настоящее время методы термической переработки отходов обладают рядом принципиальных недостатков. К ним в первую очередь относятся образование и выброс в атмосферу больших количеств токсичных веществ: золы уноса, содержащей тяжелые металлы, сажи, монооксида углерода, оксидов серы и азота, соединений хлора, а также таких супертоксикантов как диоксины и фураны. Шлаки таюке содержат недогоревший углерод и полиароматику.

Образование большого количества токсичных веществ по принятым в настоящее время технологиям приводит к тому, что удовлетворить жесткие требования по выбросам можно лишь при использовании чрезвычайно дорогих очистных сооружений, которые к тому же значительно повышают эксплуатационные затраты. Низкие экологические и экономические показатели таких технологий привели к поиску и созданию новых методов переработки отходов. Этими методами стали процессы высокотемпературной минерализации отходов под действием изотермической плазмы, полученной пропусканием плазмообразующего газа через электрическую дугу.

Плазменный метод практически незаменим для переработки отходов сельского хозяйства, деревообрабатывающей, лесной, химической промышленности и медицинских учреждений. Такие отходы часто весьма токсичны или опасны с точки зрения распространения инфекции. Специфический характер опасных медицинских отходов связан с наличием в них: биологических и инфекционных составляющих, химических, биохимических, токсических и фармацевтических препаратов, а так же колющих и режущих предметов. Эпидемиологические и экологические нормы запрещают применение по отношению к МО общих принципов обращения с отходами, таких как: раздельный сбор, предварительная сортировка, отбор части отходов для использования в качестве вторичного сырья и др. Кроме того, категорически запрещается смешивать опасные медицинские отходы с бытовыми отходами и захоранивать их на городских свалках [70].

3.1. Описание метода. Характеристики.

Метод высокотемпературной минерализации можно реализовать либо пиролизом (нагревание с недостатком кислорода), либо сжиганием (инсенерация), под действием изотермической плазмы, полученной пропусканием плазмообразующего газа через электрическую дугу. Пиролиз требует ввода в печь значительного количества тепла, а рекуперация вводимой энергии возможна только после сжигания полученного пиролитического газа (сингаза).

Интервал изменения температуры таких процессов достаточно широк и составляет 2000;10 000К. Время полного превращения отходов, в условиях плазмохимического процесса, составляет 0,01−0,5 сек, в зависимости от природы отходов и температуры процесса.

Эффективность ввода тепловой энергии для одновременного стимулирования химических и физических изменений в веществе представлена на рисунке 3.1.1. [83].

График эффективности ввода тепловой энергии.

Т,*С.

Рисунок 3.1.1.

График показывает отличие плазменного нагрева по сравнению с нагревом на природном топливе. Плазменные процессы обеспечивают высокие и эффективные температуры переработки, которые не могут быть достигнуты другими методами нагрева. Для коммерческих установок небольшой производительности выгоднее использовать инсенерацию, что способствует уменьшению подводимой к плазменной печи мощности.

Принципы организации процесса сжигания отходов: двухстадийное сжигание в печи при температуре 1000−1200 °С и в камере дожигания при температуре 1200−1400 °С со временем пребывания дымовых газов не менее 2 секундобязательная закалка (быстрое охлаждение) дымовых газовмногоступенчатая очистка дымовых газов от летучей золы, паров тяжелых металлов, кислых газов, и, при необходимости, диоксинов и фурановавтоматизированный контроль режимных параметров, выбросов в атмосферу и управление всем технологическим процессомнизкие расходные коэффициенты по энергетике и используемым реагентам.

В ИЭЭ РАН (Россия) разработана и создана установка для плазменного сжигания опасных медицинских отходов (рис.3Л .2.) [ 105,107,109]. Она рассчитана на переработку 150−300 кг/ч опасных медицинских отходов. Технологический процесс позволяет, путем организации сбора и упаковки отходов, автоматизации процессов загрузки, организации режимов горения и высокой степенью очистки дымовых газов, решить проблему полного уничтожения опасных медицинских отходов.

Общий вид установки плазменной переработки опасных отходов здравоохранения разработанной в ИЭЭ РАН (Россия).

1 — коробка с отходами- 2 — ленточный транспортер- 3 — рольганг- 4 — загрузочная шахта- 5 -барабанная печь- 6 — камера выгрузки- 7,8 — плазмотроны- 9 — камера дожигания- 10 — камера закаливания- 11 — квенчер- 12 — рекуператор- 13 — комбинированный аппарат газоочистки- 14 -фильтр аэрозольный- 15 — адсорбер- 16 — газодувка- 17 — дымовая труба.

Рисунок 3.1.2.

Рассмотрим состав отходов до и после переработки на установке плазменного сжигания. При расчетах процесса использовался осредненный за год состав опасных отходов здравоохранения г. Санкт-Петербурга (Россия). Компонентный состав этих отходов представлен в таблице 3.1.1. [83].

Заключение

.

В результате диссертационного исследования можно сделать следующие выводы, в которых отражены результаты проведённых исследований:

1. Рассмотрена совокупность способов утилизации отходов как нового сектора промышленности. Проведена систематизация методов утилизации специальных отходов на основе определяющих факторов: технологический процесс, эксплуатационные затраты, степень утилизации исходного продукта.

2. Выполнена детализированная характеристика параметров опасных отходов, определяющих выбор технологии утилизации и риска воздействия на окружающую среду.

3. Предложена методика прогнозирования объемов образования опасных отходов (проиллюстрированная на примере медицинских отходов региона), позволяющая оценить потребные мощности промышленности утилизации (локальных центров, региональных предприятий).

4. Разработана схема организации процесса утилизации специальных отходов с учетом повышенной опасности (сбор, временное хранение, транспортировка, переработка и уничтожение), определены основные характеристики отходов и на их основе уточнена классификация специальных отходов.

5. Произведена оценка высокоэнергетических технологий по переработке специальных отходов. Выделены технологии на основе методов термической обработки как оптимальные (при использовании плазменных методов нет ограничений максимальных температур). Наиболее эффективным способом обезвреживания специальных отходов являются плазменные технологии. Высокая степень обезвреживания и универсальность плазменных методов позволяет применять их для переработки высоко инфицированных, токсичных фармацевтических отходов и цитостатиков.

6. Произведен детализированный поэлементный технико-экономический расчёт эксплуатации плазменной установки. Показано, что недостатком плазменного метода является высокий удельный расход электроэнергии, что определяет область его применения для утилизации особо опасных отходов.

7. Предложена методика многокритериального анализа сложных систем и объектов для оценки систем утилизации специальных отходов. Этот метод может быть использован при обосновании размеров природоохранных мероприятий при создании организационно-технологических систем утилизации специальных отходов на предварительных стадиях их планирования.