Технология обращения твердых бытовых отходов в Санкт-Петербурге

Крупные города и города-мегаполисы относятся к основным источникам загрязнения окружающей среды. Жизнедеятельность огромного числа жителей, сконцентрированных на малой территории, приводит к образованию чрезвычайно большого количества отходов, именуемых твердыми бытовыми отходами (ТБО), которые вполне справедливо относят к основным экологически опасным факторам.

Количество и разнообразие ТБО в городах России и стран СНГ стремительно возрастает. Так, в Санкт-Петербурге только за один день образуется 2,5−3 тысячи тонн ТБО. Создавшаяся в крупных городах и городах-мегаполисах ситуация с ТБО потребовала привлечь значительные финансовые и материальные ресурсы для решению этой сложной проблемы.

Актуальность темы

подтверждается насущными потребностями развития крупного города и требованиями оперативной и регулярной переработки ТБО [1, 3, 20, 23]. Решение задач в этой области возможно исключительно на основе объединения достижений науки, техники, новых информационных технологий, базирующихся на спутниковых системах слежения за транспортными средствами, собирающими и перевозящими ТБО.

Важность и своевременность разработки темы обусловлена ее составляющими по следующим основным аспектам: необходимостью обеспечения должного экологического и санитарного состояния города и обеспечения приемлемого уровня экологической безопасности в соответствии с Основным Законом РФ, гарантирующим право граждан на здоровую окружающую средунеобходимостью разработки новых систем, схем и технологий обращения и управления ТБОнеобходимостью разработки новых специальных технических, транспортных и информационных средств для обеспечения эффективного функционирования систем обращения ТБО.

В нашей стране и за рубежом проблемой обращения ТБО занимаются многочисленные общественные, производственные, научные и управленческие учреждения, предприятия и организации. В Санкт-Петербурге в числе научных, проектных и учебных организаций, занимающихся проблемой ТБО — НИЦЭБ РАН, Н И И П гра достро ите л ьства, СПБГПУ, СПбГАСУ и дрв Администрации города за эту проблему отвечает Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности (председатель комитета канд.техн.н. Голубев Д.А.).

В диссертационном исследовании использовались труды ученых и специалистов как в области экологии, так и в области природоохранной деятельности, прежде всего — охраны окружающей среды городов, обеспечения экологической безопасности и совершенствования системы коммунального хозяйства крупных городов: З. А. Арзамасова, В. В. Гусарова, М. М. Донской, А. З. Евилевич, Л. Л. Каменика, Ю. М. Лихачева, А. Н. Мирного, С. Д. Митягина, А. А. Музалевского, К. С. Никольского, Ф. Е. Никулина, А. И. Потапова, А. Н. Сачкова, Е. Г. Семина, М. П. Федорова, В. А. Яковлева и др.

Диссертационная работа выполнялась в период с 1980 по 2002 год, основные научные и научно-производственные разработки продолжаются в настоящее время. В качестве объекта управления и производственной базы для внедрения разработок выбрано крупнейшее специализированное предприятие Санкт-Петербурга по обращению твердых бытовых отходов — «Автопарк № 6 «Спецтранс» (рис. 1).

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ данной работы является высокоурбанизированная экосистема Санкт-Петербурга, надлежащее экологическое состояние которой является одним из главных условий жизнедеятельности города.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются главные компоненты городской системы обращения ТБО, технические и транспортные средства, способы и методы, применяемые при обращении ТБО.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработка новой технологии обращения ТБО в Санкт-Петербурге.

Рис. 1. Принципиальная схема (основные направления) исследований в рамках данной диссертационной работы.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

1.Разработать современную методологию организации и развития системы обращения ТБО в крупном городе. На основе системного подхода синтезировать, структурировать и ранжировать набор средств в сфере обращения ТБО, описать статические и динамические показатели этой системы, выявить ее взаимосвязи с естественной (природной) и социальной (общественной) системой крупного города.

2.0пределить и исследовать тенденции и перспективы развития системы обращения ТБО различных городов на основе анализа отечественного и зарубежного опыта обращения ТБО.

3.Разработать, обосновать и реализовать на практике систему научно-производственных мероприятий по совершенствованию структуры и функционирования специализированного предприятия по обращению с ТБО.

4.Разработать систему графических моделей предприятия и отдельных подсистем функционирования системы обращения ТБО.

5. Предложить и научно обосновать систему дистанционного спутникового контроля за обращением ТБО в крупном городе, занимающем большую территорию. Разработать методические и методологические требования к этой системе. Обеспечить реализацию предложенных идей в инженерных проектах на экспериментальных партиях транспортных средств. Провести экспериментальное многолетнее наблюдение за системой спутникового дистанционного контроля за транспортными потоками ТБО.

6.Разработать требования к специальным техническим средствам, обеспечивающим функционирование системы обращения ТБО. Запустить эти технические средства в серийное производство. Применить технические средства на практике в Санкт-Петербурге и в других городах в сфере обращения ТБО.

7. Разработать, апробировать и внедрить в практику городского хозяйства Санкт-Петербурга комплекс оптимальных режимов использования технологических и технических средств в сфере обращения ТБО.

8.Разработать алгоритмы и программное обеспечение по обработке поступающей информации (в том числе спутниковой), ее визуализации и непосредственному использованию в учетной политике, планировании и развитии предприятия в сфере обращения ТБО.

9.Уточнить существующие и ввести в научный оборот новые понятия и термины, обеспечивающие дальнейшее развитие научных работ в области обращения ТБО, как специфической сферы научно-практической деятельности.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Основным методом исследований явился системный подход. Для решения поставленных в работе задач также использовались методы имитационного моделирования сложных производственных и технологических процессов, линейное и динамическое программирование, методы графо-компьютерного моделирования ситуации на основе больших потоков обрабатываемых в реальном масштабе времени данных.

При проведении научных и научно-производственных экспериментов использовались научные приборы и оборудование: анализаторы состава выбрасываемого газа, датчики состояния оборудования спецмашин и спецтехники, приборы и оборудование спутниковой связи и др.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1.Система обращения ТБО в Санкт-Петербурге, позволяющая рассматривать в единой взаимосвязи десятки тысяч объектов (источников отходов, контейнерных площадок, технических средств обращения ТБО, транспортных средств, приборных и компьютерных средств), получать и обрабатывать в реальном масштабе времени данные об их качественных и количественных характеристиках в целях непрерывного контроля за санитарным и экологическим состоянием города-мегаполиса, образованием, сбором и удалением ТБО.

2.Комплекс программных и методических средств, позволяющих на современном научно-техническом уровне обеспечить управление функционированием и развитием системы обращения ТБО в Санкт-Петербурге, включая способы накопления ТБО, технологии предварительной обработки и перемещения ТБО, организационно-технические принципы контроля и управления процессами в системе, компьютерные программы диагностики состояния компонентов системы, программы и алгоритмы мониторинга обращения ТБО.

3.Новые конструкции технических средств, являющихся базовыми в системе обращения ТБО в Санкт-Петербурге, включая емкости для накопления ТБО, мусороперегрузочные станции (МПС), специализированные транспортные средства, промежуточные терминалы с предварительной селекцией, приборные комплексы, специализированные компьютерные комплексы, разработанные и испытанные в виде экспериментальных образцовв дальнейшем эти образцы оптимизированы и изготовлены серийно. Разработана концепция дальнейшего развития этих технических средств.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

1. На основе системного подхода предложена и разработана новая современная методология функционирования и последующего развития системы обращения ТБО. Предложена новая высокоэффективная технология обращения ТБО, внедренная в практику городского хозяйства Санкт-Петербурга.

2. Разработана комплексная имитационная модель системы обращения ТБО.

3. Разработаны и созданы спутниковые и компьютерные средства для слежения в реальном масштабе времени за транспортными средствами в сфере обращения ТБО, а также для обработки данных в целях учета и планирования деятельности специализированного производственного предприятия.

4. Разработаны и реализованы на ЭВМ программные продукты и средства визуализации процессов обращения ТБО.

5. Разработаны схемы и конструкции технических средств, в совокупности обеспечивающие функционирование системы обращения ТБО, защищенные авторскими свидетельствами и патентами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Разработанные методология и система технических средств обращения ТБО позволили на новом, современном научно-техническом уровне организовать и усовершенствовать систему коммунального хозяйства Санкт-Петербурга и обеспечить решение ряда экологических проблем.

2. Непосредственное внедрение полученных результатов на действующем специализированном предприятии и на других предприятиях отрасли позволило получить большой экономический и социальный эффект.

3. Разработанные и апробированные на экспериментальных и серийных партиях технических средств документация и технология их создания могут быть использованы в отрасли в масштабах всего государства и являются конкурентно способными при организации их экспорта за рубеж.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На основании полученных результатов разработан и представлен в администрацию Санкт-Петербурга комплекс практических мероприятий по совершенствованию и развитию обращения ТБО в городе и минимизации вредного воздействия ТБО на окружающую среду. Теоретико-практические положения и выводы диссертации могут быть использованы при подготовке учебных пособий по дисциплинам Экология, Основы безопасной жизнедеятельности, а также в системе переподготовки кадров для городских служб.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы были доложены на всесоюзных конференциях на ВДНХ (Москва, 1986, 1988), Ленинградской научной конференции «Перегрузочные станции бытовых отходов» (Ленинград, 1987), 5-й научно-практической конференции «Зарубежный опыт управления автомобильными перевозками» (Санкт-Петербург, 1997), международных конференциях по экологии Северо-Запада (Санкт-Петербург, Котка, 2000, 2001), международном совещании и выставке по проблеме «Контроль за транспортировкой экологически опасных грузов» (Брюссель, 2001), а также на регулярно проводимых правительствами Санкт-Петербурга и Ленинградской области совещаниях по проблемам обращения ТБО. Результаты диссертационной работы отмечены медалями ВДНХ, золотой медалью выставки в Брюсселе, Премией Совета Министров СССР.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА: основная идея работы, постановка исследовательских и практических задач, разработка методов их решенияобоснование и разработка новой технологии обращения ТБО, схемы управления и требований к ее информационному, техническому и технологическому обеспечениютеоретическое и практическое обоснование выбранных имитационных моделейразработка и внедрение новых средств в технологию обращения ТБОруководство работами по созданию и внедрению результатов работы в практику коммунального хозяйства Санкт-Петербурга.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации отражено в 3 монографиях, 4 брошюрах, в 7 статьях и 21 авторском свидетельстве и патенте на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников и литературы. Объем диссертации составляет 240 страниц, 86 иллюстраций, 26 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

1. Разработана и реализована на практике система обращения ТБО в городе-мегаполисе Санкт-Петербурге. Предложены описания ее компонентов и принципы решения задач по созданию и совершенствованию как отдельных компонентов данной системы, так и системы обращения ТБО в целом.

2. Создана и оптимизирована система управления процессами и операциями при обращении ТБО. Разработана ее организационная структура, определены ее главные подсистемы, выявлены взаимосвязи между подсистемами, разработано и реализовано на практике ее информационное обеспечение.

3. Предложены компьютерные и планировочно-градостроительные модели перспективного развития системы обращения ТБО в Санкт-Петербурге.

4. Разработаны, изготовлены и внедрены в городское хозяйство Санкт-Петербурга и ряда других городов экспериментальные образцы средств обращения ТБО, защищенные 21 авторским свидетельством и патентами.

5. Показано, что емкость, материал изготовления, уровень механизации и другие параметры новых технических средств обращения ТБО определяют номенклатуру и качество мероприятий по ликвидации и минимизации воздействия ТБО на экологию города и затраты на обращение ТБО.

6. Исследованы, обоснованы и рекомендованы к внедрению новые материалы, приспособления и конструкции для системы обращения ТБО, позволяющие наиболее эффективно реализовать современные возможности науки и техники при создании новых и совершенствовании действующих технических средств.

7. Разработаны и внедрены в конкретных микрорайонах Санкт-Петербурга новые способы сбора, удаления и транспортировки ТБО.

8. Разработана и реализована в практике городского хозяйства Санкт-Петербурга оригинальная система спутникового контроля за обращением ТБО, позволяющая в любой момент времени оценить обстановку со сбо.

310 ром, местоположением и перемещением ТБО и принять необходимые решения в случае сбоя в работе системы обращения ТБО в целом.

9. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение по обработке поступающей информации (в том числе спутниковой), ее визуализации и непосредственному использованию в учетной политике, планировании и развитии предприятия в сфере обращения ТБО.

10. Разработан и применен на практике новый понятийный аппарат, введены термины и даны их определения. Унификация введеных понятий позволила предложить новые форматы отображения информации, понизить степень неопределенности имеющихся данных при принятии управленческих решений.