Методика экономической оценки системы утилизации специальных отходов тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Методика экономической оценки системы утилизации специальных отходов"

На правах рукописи

Гуляев Денис Рафисович

00344bJab

МЕТОДИКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Специальность 08 00 05 - Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами -

промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

2 2 СЕН 2008

Санкт-Петербург - 2008

003446396

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель- член-корреспондент РАН,

доктор технических наук, профессор Федоров Михаил Петрович

Официальные оппоненты доктор экономических наук, профессор

Окороков Василий Романович

Защита состоится « 09 » октября 2008 г в 14 часов на заседании диссертационног совета Д 212 229 23 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственны политехнический университет» по адресу 195251, г Санкт-Петербур1 Политехническая ул , 29, 3-й учебный корпус, ауд 506

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВП( «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

кандидат экономических наук Бахарев Андрей Анатольевич

Ведущая организация Институт системного анализа Российской

академии наук (г Москва)

Автореферат разослан

г

Ученый секретарь

диссертационного совета, Д 212 229 23 доктор экономических наук, профессор

Сулоева

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы Развтпие технологических процессов, появление новых материалов привело к появлению опасных для окружающей среды отходов В связи с этим возникла пофебность 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) Специфичное^ и многообразие технологий потребовала разработки методики определения экономической эффективнос1и на основе специфических оценочных показа1елей Специальные отходы содержат широкий спектр компонентов - от обычных бытовых отходов до высокотоксичных, радиоактивных, инфицированных, эстетически неблагоприятых, 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 КД Памфилова, МГУ, институт системною 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 1акже 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, чю использование в России традиционных технологий обращения с медицинскими о!ходами не обеспечивает необходимую безопасность Одной из причин возникновения инфекций являются пожары на свалках с обсемененным 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 (1К0) не подходят тля специальных отходов, а действующие на данное время нормативные документы по тилизации, переработке и уничтожению не соответствуют современным требованиям и требуют ересмо1ра

Основной цслыо исследования данной научной работы является создание методик ¡ыработки управленческих решений и оценки организационных и технологических систем шлизации специальных отходов, основанных на современных представлениях об экономическом нализе, оценке экологического риска, воздействия на окружающую среду, использовании

системного анализа для сложного организационно-технологическою комплекса, позволяющих эффективно решать проблемы управления движением и утилизацией отходов данной категории

В результате исследования проблемы определились основные задачи диссертационно! о 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 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 решеггий 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 Проведенное 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 опьмных партий специальных отходов

Личное участие автора в получении резулыатов, изложенных в днссер1ацни, заключается в сборе исходного статистического и фактического машриала, сравнительном анализе технологий переработки специальных отходов, самостоятельной разработке методики экономической оценки системы утилизации специальных отходов на основе уючнения характеристик специальных отходов и их классификации, экономико-экологической оценке технологий по переработке специальных отходов, технико-экономическом расчете параметров установки по переработке специальных отходов на основе плазменных технологий, применении многокритериальною 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 аспирашов "XXXIV Неделя науки СПбГПУ", Международном молодежном эколо1 ическом форуме стран балтийского региона "Экобалтика 2006" Основные результаты диссертации опубликованы в 8-ми работах

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

II ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Существуют различные методы утилизации СО (рис 1) Они отличаются характером технологии, степенью утилизации исходного продукта, риском последующего ущерба, масштабом изъятия ресурсов при хранении остатка

В диссертации показано преимущество термических методов обезвреживания отходов перед прочими При использовании термических установок оптимально сочсчаются экологические и экономические параметры - стоимость обезвреживания, просюта установки, обслуживание специально обученными работниками, надежность дезинфекции отходов, невозможность дальнейшего применения использованного инструментария, минимальное количество отходящих газов, шлаков, сточных вод, отходов, отправляемых на захоронение

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПЕРЕРАБОТКИ

Рис. 1. Методы утилизации специальных отходов

Рассмотрены организационно-технологические особенности систем утилизации специальных отходов, ввиду специфики технологических процессов, этапов предварительного сбора и повышенной опасности для окружающей среды. Системы утилизации отходов включают набор организационных и технологических мероприятий: сбор, первичная сортировка и транспортирование отходов к местам их переработки, обезвреживания и уничтожения; подбор методов и устройств для утилизации, обезвреживания и уничтожения отходов; выбор способов и устройств для транспортирования и размещения (захоронения) конечных продуктов обезвреживания и уничтожения отходов (рис.2.).

СТАДИИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СБОРА И ПОДГОТОВКИ Раздольный сбор отходов

а уо

предлрияти

ШШй1ШШ!№*оныо (Рискованныв) отходы здравоохра!

биологических "искомнных) ог.

дезинфекции, ¡ношней среды с

1ЕЕ11-

объём:

Транспортировка по территории

Вывоз ОРОЗ

Переработанных ОРОЗ на соэлку

инфицированные •полимерные издели)

Транспортировка :•' тко по * | территории а. ЛПУ

Рис. 2. Системы утилизации СО

Выявлена необходимость введения новых понятий - специальные отходы и новая промышленность - высокотемпературной переработки с максимальным уничтожением исходного продукта Такая специфика требует выделения в отдельную категорию части потоков отходов, ранее относившихся к бытовым, промышленным или сельскохозяйственным отходам (рис 3)

Твердые бытовые (ТБО) I Строительные Крупногабаритные Прочие ТКО

[ Токсичные | [ Медицинские | [ Радиоактивна |е 11 Прочие опасные ]

Рис 3 Основные виды отходов

Определяющие решения при становлении высокотемпературной промышленности утилизации специальных отходов

- прогнозирование потребности в переработке специальных отходов,

- определение областей эффективного применения каждого из видов технологий,

- регламентация организации по этапам сбора, транспортировки, переработки и захоронения отходов,

- расчет структуры мощностей,

- размещение мощностей переработки

Новыми методическими элементами оказываются

- классификация специальных отходов,

- оценка степени воздействия на окружающую срсду опасных факторов отходов,

- расчет элементов эксплуатационных затрат по организационно-технологическому комплексу,

- выбор предпочтительной технологии утилизации в системе факторов «затраты - степень утилизации опасных факторов»

Из анализа литературы и практики следует, что в учреждениях здравоохранения потенциально инфицированные отходы (выделения больных, шприцы, бинты, хирургический инструментарий и т п), в основном, обезвреживаются по месту их образования, после чего жидкая часть сбрасывается в канализационные системы, а твердая масса вывозная на полигоны Но, как ча<ло бывает, из-за отсутствия в медицинских учреждениях финансовых средств или других причин все эти вопросы решаются со значительным запаздыванием, что требует дополнитечы'" ■ правовой конкретизации, создания в регионах единых центров обращения ^ медицинскими

отходами (рис.4.), разработки новых методических подходов и технологий, основанных на использовании системного анализа, последних достижений гигиены окружающей среды, санитарной микробиологии, экотоксикологии, кибернетики, социологии, экономики, позволяющих эффективно решать проблемы управления движением МО крупных лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ).

Рис. 4. Организационная структура центра обращения с МО

Произведен анализ характеристик медицинских отходов: сложный морфологический| состав, включающий полимерные материалы (до 60% массы), остатки дезинфицирующих агентов, радиоактивные и патологоанатомические составляющие, остатки широкого спектра| медикаментов и лекарственных препаратов. Физико-химический состав, фракции, плотность, влажность, элементный состав, горючесть имеют широкий диапазон. Эпидемиологическая опасность отходов обусловлена тем, что, разлагаясь, они выделяют гнилостные продукты,| неполного разложения, опасные также с точки зрения выживаемости в них патогенной; микрофлоры. Токсическая опасность обусловлена наличием радиоактивных веществ (отходы! радиоактивной диагностики, лечения онкологических заболеваний), тяжелых металлов, различных опасных веществ (лекарства, медикаменты), хлора (остается в отходах после дезинфекции), ртутьсодержащих приборов. Система сбора отходов должна обеспечивать санитарпо-| эпидемиологическую и токсикологическую безопасность обслуживающего персонала и пациентов медицинского учреждения, снижать экологическую нагрузку на объекты окружающей среды. Эта! система основывается на раздельном сборе специальных отходов в зависимости от класса1 01!... . . ти, несмешиваемости потоков каждого класса, обеспечении надежной защиты отходов от| несанкционированного доступа к ним. Система временного хранения специальных отходов

предполагает наличие специальных крытых контейнерных площадок для внекорпусного хранения отходов. Они должны быть оборудованы с теновыми ограждениями из кирпича или железобетона для исключения доступа насекомых, птиц, животных, лиц групп риска; крышей для защиты контейнеров от осадков; воротами; системой наблюдения и защиты. Транспортировка отходов производится специализированными машинами. Важным элементом транспортировки является контроль, не допускающий несанкционированный выброс отходов.

Одним из специфических этапов утилизации специальных отходов является прогнозирование количества образующихся отходов - нормы накопления (рис. 5).

2ПО 4 ПО ЛПО 801) 1000 12001400

кг/сут

2000 -1500

■ -

1000 -

- гпп

1997 - К. К. 1998 пасс нас с 1999 о пас опас 2000 ноет пост 2001 I А и В 2002 2003 2004 Класс о 2005 2006 2007 гаасности Б

Рис. График суточных норм накоплении Рис.6. Нормы накопления отходов многопро-

МО в ЛПУ г. Москвы различном коечной филыюй больницы

мощности

Эмпирические данные по нормам накопления отходов в различных ЛПУ позволили разработать ряд математических уравнений для расчетов. На рис. 6 представлены нормы накопления отходов многопрофильной больницы.

При прогнозировании состава отходов ЛПУ в диссертационной работе были использованы следующие основные показатели: тенденции изменения содержания основных компонентов отходов с течением времени; уровень производства предметов, используемых в медицинской практике; доли предметов медицинского потребления, поступающих в отходы; изменение влажности материалов при поступлении в отходы; специфика форм собственности ЛПУ и их финансового положения.

Все отходы ЛПУ могут быть разделены на классы с учетом их опасности, мест образования, морфологии и последующей обрабо тки, дезинфекции, обезвреживания и утилизации (табл.1).

Классификация СО отходов ЛПУ

Таблица 1

Категория опасности

КЛАСС А -малоопасные отходы

КЛАСС Б -опасные (рискованные) отходы

КЛАСС В -чрезвычайно опасные отходы

КЛАСС Г-отходы близкие

по составу к промышленным

Характеристика морфологии ес-кою coci а-

Отходы, не имевшие контакта с биологическими

жидкостями пациентов, инфекционными больными, нетоксичные отходы Пишевыео[ходы подразделений ЛПУ, кроме

инфекционных (в т ч кожно-венероло! ических), фтизиатрических мебель, инвентарь неисправное чиа! ностическое оборудование, не содержащие токсических элементов неин фицированная бумага, смет строительный мусор и т д

Потенциально инфициро ванные отходы Материалы и инструменты загрязненные выделениями пациен тов Пато л Ol шн атомические отходы (органы ткани

и т п) Отходы из инфекционных отделении (втч пищевые) Отходы из микробиологических лабораторий работающих с микроорганизмами 3-4 групп иатогенности Биологические отходы вивариев

Материалы контактирующие с больными особо опасными инфек циями Отходы из лабораторий работающих с микроорганизмами 1 4 групп пато!ен-ности, фтизиафических микробиологических больниц, от

пациентов с ан<иробной инфекцией

Просроченные лекарственные сред ства, отходы ог лекарственных и диа гностических препаратов, дсзсредства не подлежащие использованию с истекшим сроком годности цитос-татики и другие химпрепараты ртутьсодсржащие предметы

Использование этой классификации позволяет учитывать меси образования отходов в ЛПУ и разделять отходы на группы с точки зрения обезвреживания

- отходы, складируемые на городском полигоне без дезинфекции (отходы класса А),

- отходы, складируемые на городском полигоне с предварительной дезинфекцией (химико-физическое воздействие, термическая обработка) - рискованные, потенциально опасные (отходы класса Б),

- отходы, подлежащие обязательной дезинфекции и обезвреживанию с изменением внешнего вида с помощью термической обработки при высоких температурах (отходы класса В),

- утилизируемые отходы (отходы класса Г и часть - класса А), отходы, требующие особой осторожности при переработке и уничтожении - класс В, часть Б, Г и класса Д

Анализ мировой практики свидетельствует о том, что термические методы (газификация, огневой, пиролиз, СВЧ - обработка, обработка инфракрасным излучением, лазерная обработка, автоклавирование, электротермическая обработка, плазменные методы) обезвреживания отходов преимущественно возобладают над прочими, так как при использовании термических установок оптимально сочетаются экологические и экономические параметры (стоимость обезвреживания, простота установки, обслуживание специально обученными работниками без привлечения доро! остоящих специалистов с одной стороны и надежность дезинфекции отходов с другой)

Применяемые технологии характеризуются следующими основными показателями стоимость, качество переработки, потребление ресурсов, вторичное загрязнение, безопасность, социальные факторы

Используя полученные результаты расчетов и данные литературы, на основании сопоставления реальных процессов построена упорядоченная последовательность

высокотемпературных технологий (связь качества переработки специальных отходов и удельных затрат).

Выбор оптимальной технологии (рис. 7) лежит в зоне обусловленной соотношением параметров «цена- качество».

Рис. 7. Выбор оптимальной технологии утилизации МО

Из расчетов можно сделать вывод, что применение плазменных установок при переработке особо опасных медицинских отходов лечебно-профилактических учреждений приводит к решению с оптимальным соотношением результатов и последствий, при небольших сроках окупаемости проекта.

Технология плазмохимической переработки медицинских отходов методом высокотемпературной минерализации является одним из наиболее эффективных способов их обеззараживания и обезвреживания. 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 относительно чистой и сравнительно просто транспортируется. В данной технологии образуется меньшее количество дымовых газов, так как нет необходимости в большом потреблении воздуха в случае сгорания г аза 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 Эффективность ввода тепловой энергии для одновременного стимулирования химических и физических изменений в веществе представлена на рис 8

На примере промышленной установки для плазменного сжигания опасных медицинских отходов, разработанной в Институте проблем электрофизики и электроэнергетики РАН (Россия) (табл 2), рассматриваю 1ся технико-экономичиские показатели технологических процессов высокотемпературной минерализации отходов

Технико-экономические характеристики нлазменнон установки ИЭЭ РАН Таблица 2

Наименование показателен Единицы измерения Количество

Производительность кг/ч 150-300

Суммарные энергозатраты кВт 300

Расход материально-энергетических ресурсов

Постоянно потребляемые

- месячное потребление электроэнергии кВт ч 210000

- воздух для плазмотронов кг/ч 1080

- воздух для распыливания жидкостей кг/ч 205

- воздух техноло! ическии (из атмосферы) м /ч 3000

- вода для приготовления растворов 1 м ч 1 5

- вода для приготовления в аппаратах м^ч 0 832

- вода для охлаждения технологического оборудования м'/ч 40

- карбамид СО(МН2)2 кг/ч 0,75

- сода кальцинированная Ыа2С03 кг/ч 18,6

Периодически потребляемые

- активированный уголь кг/8204 520

- вода для промывки комбинированного аппарата м3 на операцию 2

Отходы, образующиеся в результате работы установки

- очищенные дымовые газы, направляемые на рассеивание в атмосферу кг/ч 9570

- шлак, направляемый на захоронение кг/ч 33

- отработанный скрубберный раствор (рП 8-9,5) направляется в канализацию кг/ч 642

Амортизация руб/мес 116000

Ремонтный фонд руб/мес 116000

Число рабочих часов ч/мес 7 00

Объем переработки т/мес 210

Обслуживающий персонал чел 4

Стоимость за переработку 1 кг опасных медицинских отходов руб /кг 7

Стоимость установки руб 43 500 000

Рис 8 Эффективность ввода тепловой энергии в плазменной установке

В работе произведена оценка воздействий технологических установок на окружающую среду Сделан технико-экономический расчет установки для плазменною сжигания опасных отходов с выделением составляющих, определяемых спецификой процесса

Проведено разделение затра1 на переменные и постоянные по вариантам утилизации Постоянные затраты

- проектирование и сооружение полигона захоронения,

- стоимость предприятия по переработке,

- стоимость оборудования предприятий по сбору, подготовке и доставке отходов

Переменные затраты

- текущие эксплуатационные расходы,

- расходы по накоплению и доставке отходов от источника до пункта переработки,

- экологические платежи,

- расходы по компенсации социальных и экологических воздействий,

- прочие переменные и постоянные затраты, связанные со складированием остатка переработки

Рассчитаны суммарные месячные ¡аграты на переработку отходов

Т.ООЩ = £'»<+ Ъ» + £««> + I» . где, £р1С - расходы на материально-

энер1ешческие ресурсы р)б /мес - аморшзация и ремонтный фонд, руб /мес , - расходы на заработную miaiy, р>б/мсс , - расходы на захоронение шлака, руб /мес , Yjm* - плата за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, руб /мес , - плата за сброс загрязняющих веществ в подземные и поверхностные объекты, руб /мес , - прочие расходы, руб /мес

Плата за размещение, выбросы и сбросы загрязняющих веществ (ЗВ) в почву, атмосферу и поверхностные и подземные воды определялись как

Ри = Mj, * С,/ a¡j * a:, *a¡ * a4, где, P v - плата за выбросы i - го ЗВ в j - ю среду, руб /мес , А/,у -фактический выброс i - го ЗВ, т, - норматив платы за выбросы в j - ю среду i - го ЗВ стационарными источниками, руб Л мес, a¡j - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние j - й среды), по территориям экономических районов РФ, a¡, -дополнительный коэффициеш при загрязнении i - ю ЗВ в окружающую среду городов, a¡ -коэффициент индексации платы за загрязнение ОПС, а4 - коэффициент для 001 IT

Оптимизация технологий утилизации связана с разными эксплуатационными расходами и затратами на хранение и предотвращение экологическою ущерба Для каждого вида специальных oí ходов выделяется экономически предпочтительная технология утилизации на основе сопоставления двух критериев оценки С точки зрения воздействий особо опасных отходов на окружающую среду использование плазменных технологий существенно снижает вероятность jai рязнения окружающей среды потенциально опасными (рискованными) элементами

Экономический анализ различных вариантов системы обращения со специальными отходами только в первом приближении характеризует их эффективность, так как ряд показателей состояния окружающей среды не имеют достаточно адекватных экономических оценок В тоже время современные комплексы по переработки медицинских отходов характеризуются множеством свойств, которые могут быть систематизированы в виде развитой иерархической структуры Эта структура образует «дерево», на котором свойства нижележащего уровня раскрывают содержание обобщенных свойств на верхних уровнях Детализация обобщенных свойств верхних уровней зависит от последовательности их доведения до физически измеримых величин на нижнем уровне иерархии (рис 9)

Рис. 9 Структура критериальных свойств объектов но утилизации отходов ЛПУ

Все критериальные свойства можно разделить на прямые и инверсные Улучшение прямого свойства связано с увеличением его характеристики, а для инверсных наоборот

В ряде случаев могут быть подучены решения задач с использованием многокритериальной функции В диссертации рассматривается решение когда состояние объекта оценивается двумя критериальными свойствами Допустим, что имеются критериальные свойства, которые имеют конфликтный характер по отношению друг к другу Например, качество окружающей среды х и затраты на ее поддержание у Отношение между ними задается зависимостью общего вида (рис 10) Свойство х является «прямым», то есть чем больше величина х, тем лучше состояние окружающей среды Свойство у является «инверсным» - чем меньше величина у, тем более

экономичная технология. Можно применить нормативы на качество окружающей среды (почва, воздух, вода) и решение будет х = хц. Пели имеется ограничение на инвестиции в природоохранное мероприятие уо, то решение у - уо. В общем случае таких конкретных лимитирующих условий пока нет. Показатель качества ОС изменяется в пределах х„„„ < х < хтах, причем х —> Хтш, а затраты у имеют предел изменения ут,„ < у < утах при условии у -+ ут1„. Функцию у=/(х) можно """" Х~ - х„ х^а "х

разделить на три зоны. Рис. 10. Выбор решений при неполноте исходной

информации для случая е двумя критериальными свойствами Зона 1. Текущее состояние окружающей среды «терпимое». Незначительные изменения, требующие административного регулирования вопросов обращения с отходами, например с возможным самовывозом без применения новых специальных технологий по переработке. В зоне I решение х = х/ , так как достигается наилучший результат при сравнительно небольших последствиях у/. Для этого решения необходим жесткий контроль при раздельном сборе, временном хранении и перевозки отходов. В зависимости от профиля лечебно профилактического учреждения возможно применение простых, локальных мини-печей, для термической обработки инфицированных отходов и отходов имеющих биологический характер происхождения.

Зона II. Опасная экологическая ситуация требующая срочного вмешательства с привлечением достаточно больших затрат. В зоне II также имеется решение х = хц, при отступлении от которого в сторону х > хц экономические последствия будут настолько велики, что небольшого улучшения результата можно добиться с большими затратами.

Зона III. Значительное ухудшение качества окружающей среды, требующее принятия комплекса мер, описанных в зоне I с обязательным внедрением различных технологий по переработке МО ЛПУ. Для улучшения и поддержания стабильного состояния окружающей среды необходимо разрабатывать новые, наукоемкие технологии по переработки отходов, с помощью которых достигается условия максимального улучшения качества ОС при допустимых сравнительно затратах. В зоне III можно найти оптимальное решение.

Относительное изменение критериальных свойств х и у можно осуществить по зависимостям: ^ _ x~xmin ■ е = Утах~х

Xmax ~Xmin • 1~Уmin

Многокритериальная функция будет иметь вид:

Е = vx ех + vv еу,

где vx и v,. - коэффициенты важности критериальных свойств х и у, характеризующие вклад каждого свойства в достижении «наилучшего результата» при обосновании параметра объекта. Под «наилучшим результатом» понимается теоретически оптимальный вариант, для которого его критериальные свойства имеют наилучшие значения.

Допустим, в простейшем случае, что важности этих свойств неразличимы vx « vy. Если производная dy/ck монотонно возрастает, то функция Е будет иметь экстремальную точку при условии: ¿le de

dx.+ dx

При Xnti/i > Х/ц/ix : УтЫ , у max ПОСТОЯННЫХ

величинах dy/dx = 1. Следовательно, условию Е = max, будет соответствовать dy/dx = 1. Это определит оп тимальное решение в зоне Ш. 11а рис. 1) показана экстремальная точка для многокритериальной функции. Аналогично условия оптимальности можно найти и при заданных коэффициен тах важности v, и v,„ Если в результате экспертных исследований установлено, что vx > v,,, то наиболее Рис. 11. Экстремальная точка при неполноте

приемлемое решение будет при dy/dx > 1, исходной информации для случая с двумя а при vx < vv dy/dx < 1. критериальными свойствами

Используя один из методов экспертной оценки, можно установить численные значение v, и Vy, приняв за исходное их соотношения. Таким образом, области функционального соотношения/ = f(x) можно охарактеризовать следующими условиями:

решение принимается, исходя из наилучшего результата состояния окружающей среды;

X —> xu Vy > Vv /

решение определяется минимальными экономическими затратами в природоохранные технологии

X -> Х„, Vy < у.,.

решение выбирается по оптимальному соотношению качества среды и затрат на ее поддержание;

Е = Ех + Еу —► max, xi <х <хц. Рассмотренная методика многокритериальной оптимизации может применяться в условиях недостатка технико-экономической информации на предварительных стадиях планирования природоохранных мер в сис темах обращения с отходами.

В заключении сформулированы основные выводы, в которых отражены результаты проведенных исследовании

1 Рассмотрена совокупность способов утилизации отходов как новою сектора промышленности Проведена сис1сматизация методов утилизации специальных отходов на основе определяющих факторов технологический процесс, эксплуашционные затраты, степень утилизации исходного проду кта

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 оводов 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 высокоэнер! етических 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 фармацевшческих отходов и цитостатиков

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

7 Предложена методика многокршериалышго анализа сложных систем и объектов для оценки систем утилизации специальных отходов Это1 метод может быть использован при обосновании рамеров природоохранных мероприятий при создании организационно-техиоло1ических систем утилизации специальных отходов на предварительных стадиях их планирования

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 «Система обращения со специальными отходами в научно-исследовательском инсгшугс онкологии им профессора H H Петрова» Инженерная защита окружающей среды СПб Изд-во СПбГТУ, 2001 С 16-21

2 Экологические аспекты обращения медицинских отходов Экономика, экология и общество в 21-м столетии Труды 7-й Международной научно-практической конференции Ч 2 СПб Изд-во Политехи ун-та, 2005 С 77-80

3 Проблема обращения с медицинскими отходами лечебно-профилактических учреждений «Фундаментальные исследования в технических университетах» М-лы IX Всероссийской конф по проблемам науки и высшей школы СПб Изд-во Политехи ун-ia, 2005 С 345-346

4 Утилизация опасных отходов, как фактор развития национальной экономики Интеграция экономики в систему мирохозяйственных связей Труды X Межднар науч -практ конф СПб Изд-во Политехи ун-та, 2005 С 272

5 Сравнительный анализ технологий переработки отходов медицинских учреждений Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии Материалы IV Междунар науч -пракг конф,/Юж-Рос гос тех ун-т (НПИ),2005 - Новочеркасск ЮРГТУ, 2005 С 48-52

6 Классификация специальных отходов в медицине XXXIV Неделя науки СПбГПУ Материалы всероссийской межвузовской научно-технической конф студентов и аспирантов Ч 1 СПб Изд-во Политехи ун-та, 2006 С 68-69 (соавтор Федоров МП)

7 Ratmg efficiency of plasmic technology of dangerous waste utilization m the conditions ofnorth-west région The VI International Yuth Environmental Forum "ECOBALTICA'2006" P 99-101

8 Новые подходы в области обращения с отходами производства и потребления Научно-технические ведомости СПбГПУ №1(49), 2007 С 127-133 (соавторы Журавлев Д А , Кравченко Д Б , Чусов A H )

Лицензия ЛР № 020593 от 07 08 97

Подписано в печать 02 09 2008 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,0 Уч-изд л 1,0 Тираж 100 Заказ 3299Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 29 Тел (812)550-40-14 Тел/факс (812)297-57-76

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Гуляев, Денис Рафисович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние проблемы.

1.1. Особенность систем обращения специальных отходов.

1.2. Характеристики медицинских отходов.

1.3. Воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

1.4. Задачи диссертационных исследований.

Глава 2. Технологии и системы утилизации и уничтожения специальных отходов.

2.1. Нормы накопления отходов в лечебно-профилактических учреждениях.

2.2. Система обращения с медицинскими отходами.

2.3. Технологии по обезвреживанию и переработке отходов.

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

3.1. Описание метода. Характеристики.

3.2. Технологическая схема. Описание процесса.

Глава 4. Воздействие технологических установок на окружающую среду.

4.1. Стоимость и экономическая оценка.

4.2. Воздействие на окружающую среду.

4.3. Многокритериальный анализ сложных систем и объектов по обращению и переработке отходов медицинских учреждений.

Диссертация: введение по экономике, на тему "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.

Диссертация: заключение по теме "Экономика и управление народным хозяйством: теория управления экономическими системами; макроэкономика; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами; управление инновациями; региональная экономика; логистика; экономика труда", Гуляев, Денис Рафисович

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 2000-10000К. 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 секунд; обязательная закалка (быстрое охлаждение) дымовых газов; многоступенчатая очистка дымовых газов от летучей золы, паров тяжелых металлов, кислых газов, и, при необходимости, диоксинов и фуранов; автоматизированный контроль режимных параметров, выбросов в атмосферу и управление всем технологическим процессом; низкие 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.

105