Утилизация резинотехнических отходов (РТО) – это многочисленные физические и химические методы деструкции отработавшего изделия во вторичное материальное сырье. Механическая переработка позволяет сохранить физико-химическую целостность РТО и тем самым максимально результативно осуществить их рециклинг [2]. Для увеличения эколого-экономической эффективности и качества оценки рециклинга резинотехнических отходов необходимо применение математического моделирования [4].
На сегодняшний день наблюдается рост негативного воздействия объектов экономики на окружающую среду и жизнедеятельность населения урбанизированных территорий. В связи с этим актуальным является совершенствование региональной политики, предусматривающей тесное взаимодействие экономики и экологии. Переработка различных видов техногенных отходов ведется во всех развитых странах мира и представляет собой последовательный процесс, предусматривающий анализ и оценку образования отходов и способы их утилизации. Технологии утилизации отходов оцениваются исходя из эколого-экономической эффективности, интерес к которой возникает как со стороны органов местного самоуправления, так и со стороны отходоперерабатывающих предприятий и потребителей продуктов переработки техногенных отходов [5].
Одними из наиболее опасных техногенных отходов для окружающей среды и здоровья населения являются резинотехнические отходы (РТО), негативное воздействие которых, главным образом, проявляется в виде несанкционированного сжигания с выделением выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, захламления территорий муниципалитетов, свалок, водоохранных зон и т.д. Однако в состав большинства резинотехнических отходов входят различные материалы, такие как каучук, лом легированной стали, текстиль и кожа, применение которых после переработки возможно в промышленности строительных изделий, что позволит увеличить использование вторичного материального сырья и уменьшить потребление природных ресурсов [3].
Сбор и временное накопление РТО на урбанизированных территориях должны осуществляться исходя из следующих основных аспектов: численности проживаемого населения; наличия постоянного транспортного сообщения и удаленности от других населенных пунктов [1]. Мероприятия, проводимые в рамках временного накопления РТО, должны включать в себя:
– сбор резинотехнических отходов от хозяйствующих субъектов, объектов инфраструктуры и населения многоквартирных жилых домов и в местах временного накопления отходов, обустроенных
а) контейнерами емкостью от 10 до 15 м3;
б) бункерами закрытого типа емкостью от 10 м3 до 15 м3;
в) спецплощадками временного накопления РТО;
– сбор резинотехнических отходов от населения частного жилищного фонда с использованием безконтейнерного сбора или позвонковой системы;
– сбор резинотехнических отходов от объектов инфраструктуры и хозяйствующих субъектов:
а) в местах сбора, расположенных на территории объекта инфраструктуры хозяйствующего субъекта;
б) в местах сбора, расположенных рядом при наличии заключенного договора на сбор и вывоз РТО с владельцем места сбора отходов;
– сбор резинотехнических отходов, образующихся в садоводческих, огороднических и дачных некоммерческих объединениях граждан и гаражно-строительных кооперативах:
а) в местах сбора отходов, расположенных на их территории;
б) в местах сбора отходов, расположенных рядом с территорией при наличии заключенного договора на сбор и вывоз отходов с владельцем места сбора РТО;
– транспортирование резинотехнических отходов, которое осуществляется на универсальные полигоны отходов напрямую или через мусороперегрузочные станции, если это экономически выгодно для муниципалитетов;
– сортировку и ликвидацию резинотехнических отходов на универсальных полигонах отходов или на предприятиях полной линии утилизации РТО в конечные продукты [1].
Универсальный полигон отходов необходим для каждого крупного населенного пункта. Все универсальные полигоны отходов должны носить статус межмуниципальных объектов размещения отходов.
Организация сбора и утилизации резинотехнических отходов на урбанизированных территориях субъектов Российской Федерации включает в себя комплекс мероприятий: подбор клининговых компаний, введение дифференцированных ставок оплаты финансовых средств за сдачу отходов хозяйствующими субъектами и частным сектором, подбор участков для размещения специальных площадок и контейнеров сбора резинотехнических отходов и т.п. Проведение названных мероприятий должно возлагаться на органы местного самоуправления законодательно на местном уровне.
При разработке эффективной системы организации сбора резинотехнических отходов на территории конкретного субъекта Российской Федерации урбанизированные территории городов и районных центров могут разделяться на центральные, крупные, средние и малые населенные пункты.
Эффективная схема сбора резинотехнических отходов разработана по двум основным направлениям:
а) утилизация РТО на предприятиях полной или частичной линии утилизации в конечные продукты (строительные изделия и материалы);
б) поставка продуктов переработки резинотехнических отходов с территории универсальных полигонов отходов или перерабатывающих организаций на предприятия полной или частичной линии утилизации РТО (рис. 1).
Сбор и утилизация резинотехнических отходов по безотходной технологии является наиболее перспективным направлением, при этом для обеспечения принципа безотходности необходимо сохранить физико-химические и механические свойства всех составляющих компонентов РТО. Из всех известных способов переработки такому требованию удовлетворяет механический метод, позволяющий раздельно извлекать резиновую крошку от сопутствующих материалов.
Вместе с тем такие аспекты, как многокомпонентность резинотехнических отходов, широкий спектр применяемого технологического оборудования для переработки, оценка качества РТО и продуктов переработки, оценка получаемых изделий, должны быть объективно рассмотрены с точки зрения экологической (малоотходность при производстве строительных изделий за счет увеличения материалоемкости) и экономической (получение максимальной прибыли от реализации продукции и минимизации сопутствующих затрат) составляющих. Подготовительный период утилизации РТО предполагает формулировку общих целей и задач, а также исследование существующего рынка утилизации продуктов переработки резинотехнических отходов или готовых строительных изделий, оценку требуемых ресурсов в регионе. Цикл реализации предусматривает внедрение технологий сбора и утилизации резинотехнических отходов органами местного самоуправления. Оценка результатов складывается помимо достижения поставленных задач цикла реализации из экономического обоснования процесса утилизации РТО при помощи моделирования [4].
Рис. 1. Схема сбора резинотехнических отходов
Математическое моделирование утилизации исходного объема определенного вида резинотехнических отходов Rvс дальнейшим использованием продуктов, получающихся после переработки в различных параллельно-последовательных технологиях (например, помола на экструдерах различной мощности, фракционирования, переплавки, захоронения, товарной реализации, прессования для получения изделия и т.п.), выполнено в следующей последовательности (рис. 2).
Рис. 2. Схема последовательной утилизации резинотехнических отходов
В каждом r-м рецикле (r = 1, ..., R – количество рециклов) образуется kr – видов продуктов и mr – видов отходов. Обозначим через 
объём i-го продукта в r-м рецикле, а через 
объём j-го отхода. Очевидным условием каждого r-го этапа, является выполнение материального баланса (1), прерывание которого на r-м рецикле будет зависеть от социального заказа получаемых материалов. При этом отход r-го рецикла может оказаться исходным продуктом для следующего возможного рецикла.
Предлагаемая математическая модель представлена следующим выражением процесса утилизации РТО [4]:
(1)
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 определяется после содержательного качественного анализа доступных и работоспособных методов, эколого-экономической ситуации, социального заказа, стоимостных оценок и др. Очевидно, что количество рециклов и их рациональность определяет пользователь исходя из конкретных задач.
На каждом из этапов (рециклов) утилизации резинотехнических отходов, с помощью линейного приближения определяется максимальное значение целевой функции:
(2)
Обеспечение максимального значения целевой функции (2) включает набор неизвестных (x1, x2, ..., xn), являющихся решением системы неравенств [4]. Переменные x1, x2. и xn принимают положительные значения: x1 ≥ 0, x2 ≥ 0, xn ≥ 0 и являются, например, показателями цены продуктов переработки РТО в отдельном регионе в зависимости от их объема и установленных фракций. Коэффициенты системы неравенств и функции F(x1, x2, ..., xn) определяются условием конкретной задачи и задаются в виде известных чисел.
В соответствии с предложенной математической моделью утилизации резинотехнических отходов (1) с использованием Microsoft Office Excel 2007 разработаны программы «Материальный баланс» и «Оптимизация составов». Численное решение находится симплекс-методом при использовании пакета MS Excel с помощью надстройки «Поиск решения» [6]. Использование данных программ и ввод имеющихся исходных данных перед началом утилизации РТО позволяет:
1) оптимизировать работу предприятия-переработчика;
2) выполнить эколого-экономическую оценку от внедрения в производство строительных изделий наиболее доступных технологий использования вторичного материального сырья.
Рецензенты:
Рыжаков В.В., д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой «Техническое управление качеством», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. Пенза;
Прошин И.А., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Автоматизация и управление», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», г. Пенза.
Работа поступила в редакцию 20.09.2013.