МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
«РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК»
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2007


УДК 628.4

Оптимизация режима работы пунктов приема твердых бытовых отходов

Д.В. Голубев – аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
г. Москва, Россия

   В современной России проблема вторичного использования твердых бытовых отходов (ТБО) является важнейшей задачей.
   При этом основной проблемой сбора является слабая организация работы пунктов приемки. В результате возникает очередь машин, затрудняющих движение автотранспорта и, как следствие, соблазн сгрузить ТБО в других местах, что может привести к утрате вторичных ресурсов. Чтобы избежать этих явлений, необходимо организовывать работу приемочных пунктов в соответствии с теорией массового обслуживания.
   Рассмотрены наиболее распространенные виды систем массового обслуживания (СМО), выявлены их недостатки. Также рассмотрена схема совмещения операций приема и разгрузки ТБО.
   Разработаны две схемы: совмещения операций приема и разгрузки с учетом среднего прибывающего объема ТБО и схема работы одноканальной разомкнутой СМО с ожиданием и детализацией функций работников.
   Разработанные схемы могут использоваться при организации работы пунктов приема ТБО.
   Проблема вторичного использования твердых бытовых отходов (ТБО) является важнейшей в дни высокого потребления ресурсов в современной России.
   Современный состав твердых бытовых отходов в процентном соотношении, а также прогнозирование его изменения в будущем представлены в табл. 1.

Таблица 1
Современный состав ТБО Москвы и России, а также прогнозируемые его изменения по годам

Компонент

ТБО жилого фонда России, %

ТБО жилого фонда
Москвы, %

2001

2007-2012

2001

2007-2012

Пищевые отходы

3-40

26-36

26-30

24-28

Бумага, картон

36-39

40-42

40-45

42-47

Дерево

1-2

1-2

1-2

1-2

Черный металлолом

3-4

3-4

2,5-3,5

2,5-3,5

Цветной металлолом

0,5-1,5

0,5-1,5

1-2

1-2

Текстиль

3-5

3-5

4-5

4-5

Кости

1-2

1-2

1-2

1-2

Стекло

2-3

2-3

2-3

2-3

Камни, штукатурка

0,5-1

0,5-1

0,5-1

0,5-1

Кожа, резина

0,5-1

0,5-1

0,5-1

0,5-1

Пластмасса

4-5

4-6

5-6

5-6

Прочее

1-2

1-2

1-3

1-3

Отсев (менее 15 мм)

5-7

5-7

5-7

5-7

   Из таблицы 1 видно, что в приведенном составе ТБО содержится обилие вторичного сырья, пригодного для переработки. Это, в первую очередь, бумага и картон, черный и цветной металлолом, текстиль, стекло, камни и штукатурка, резина и пластмасса [1].
   Содержание утильных фракций в ТБО в процентах к общей массе приведены в табл. 2.

Таблица 2
Содержание утильных фракций в ТБО в процентах к общей массе (данные для Москвы) [1]


Компонент

Содержание компонента к общей массе, %

Жилой фонд

Коммерческий сектор

Бумага, картон

41,0

66,6

Полимеры

6,2

7,6

Стекло

4,4

1,6

Текстиль

4,6

1,1

Металл:
цветной
черный

 

1,7
2,8

 

1,3
3,0

Дерево, листья

1,6

2,9

Пищевые отходы

26,3

10,4

Прочие
Итого

11,4
-

5,5
100

   Вследствие низкой, нерациональной организации сбора и переработки ТБО большинство отходов, которые могут быть вновь переработаны и «пущены в оборот», по-прежнему, сжигаются в печах, складируются на свалках и захораниваются на полигонах. Как следствие, нарушается экология в результате выбросов вредных для человека и окружающей среды веществ в атмосферу (сжигание), расходуется земля, которую можно использовать под сельское хозяйство или строительство (складирование и захоронение). Дымовые газы, образующиеся при сжигании мусора, содержат в себе следующие вредности: диоксины, фураны, тяжелые металлы, продукты неполного сгорания, хлористый водород, оксид серы, пары ртути, свинец, хлорид-сульфат-нитрат-ионы. Самым опасным из них является диоксин, молекула которого практически не разлагаема, и который может накапливаться в организме человека в течение десятилетий до критической концентрации. Диоксин обладает мутагенной и канцерогенной активностью [2].
   Складирование бытового мусора на свалках всегда сопровождается образованием фильтрата – жидких стоков, загрязняющих грунтовые воды и прилежащие водоемы; а также выбросами метана – продукта разложения пищевых отходов, источника пожаров на свалке. После герметизации полигона обслуживание длится 30 лет и включает в себя: поддерживание окончательного покрытия и систем локализации, сбор и управление выщелачивателем, мониторинг подземных вод, мониторинг отходящих газов [3]. При этом почва насыщается ядовитыми, а иногда и радиоактивными веществами от разлагающегося мусора, ее уже невозможно использовать для насаждения плодоовощных культур. Все это создает высокий риск заражение людей и животных, искупавшихся в этих водоемах.
Уничтожение отходов не решает проблемы защиты окружающей среды, пополнения сырьевых ресурсов и является необходимым для тех видов отходов, которые нельзя использовать в других направлениях.
   По экономическим и экологическим показателям наиболее рациональным способом уничтожения мусора следует считать путь существенного сокращения его за счет: применения современных малоотходных технологий; многократного использования таких отходов, как бумага, стекло, металлы, кирпич, фарфор, керамика и полимеры. Основой осуществления малоотходных технологий является сортировка мусора на составляющие компоненты.
   Сортировка мусора может осуществляться как на первоначальном этапе его сбора, так и после доставки ТБО на мусоросжигательные или мусороперерабатывающие фабрики [3].
   Совершенно очевидно, что вследствие менталитета наших граждан сложно быстро приучить их выбрасывать мусор раздельно, то есть металл – в одни контейнеры, стекло – в другие, бумажные отходы в третьи и т.д. На это потребуется время. Поэтому, необходимо возродить систему приемочных пунктов, которые будут заниматься приемкой ТБО у муниципальных служб и частных компаний, занимающихся вывозом мусора, их сортировкой и отправкой на перерабатывающие предприятия.
ТБО на пункты приемки будут доставляться крупногабаритными грузовыми автомобилями, формируя входящий поток заявок, обслуженные заявки образуют выходящий поток. При высоком числе заявок и недостатке работников образуется очередь. Возможен также уход клиентов вследствие слишком долгого ожидания. Следовательно, необходима эффективная организация рабочих циклов во избежание чрезмерного простоя работников приемочных пунктов и автомобилей-клиентов, что позволит существенно повысить интенсивность обслуживания, производительность труда и прибыль. Также нужно всегда помнить, что последние два показателя падают при избыточном числе работников. Работников необходимо загружать таким образом, чтобы после приемки груза следовала следующая приемка, максимально минимизировав их время простоя. Схема совмещения операций приема и разгрузки отображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема совмещения операций приема и разгрузки

   По оси абсцисс отложено время t, по оси ординат – объем ТБО Q. Прием и регистрация осуществляются за время tп, разгрузка за время tр. При этом каждый раз прибывают разногабаритные транспортные средства, поэтому объемы ТБО Q1, Q2, Q3…Qn различаются. Следовательно, разнятся время их приемки (tп1, tп2, tп3… tпр) и разгрузки (tр1, tр2, tр3… tрn). После разгрузки ТБО следует сразу же рассортировка по фракциям, после чего принимается следующая машина. В любом случае возможен простой работников tпр в отсутствие клиентов. Для лучшей организации работы приемщиков нужно вычислить средний объем Qср, доставляемый одним транспортным средством на пункты приемки и расписывать их работу в соответствии с ним. Рисунок 2 иллюстрирует схему совмещения операций приемки и разгрузки с учетом среднего прибывающего объема ТБО.

Рис. 2. Схема совмещения операций приема и разгрузки с учетом
среднего прибывающего объема ТБО

   Организацию работы приемочных пунктов уместно представить в виде системы массового обслуживания (СМО). На рисунках 3-5 отображены различные виды СМО, которые могут быть использованы для их оптимизации работы приемочных пунктов.
   Поток клиентов, прибывающих на пункт, является случайным, который приближенно можно рассматривать как пуассоновский. Этот поток не является величиной постоянной, поскольку неизвестно, сколько точно машин-клиентов приедет. На их число оказывают влияние метеорологические условия, время суток (час-пик, конец рабочего дня) и многие другие. С помощью хронологических наблюдений можно установить лишь среднее число заявок в день. Схема работы замкнутой СМО по доставке и отгрузке ТБО, отображенная на рис. 3, предполагает поступление клиентов на пункты, по одному клиенту на одного работника с их последующим возвращением.

   Рис. 3. Принципиальная схема работы замкнутой СМО по доставке и отгрузке ТБО

Рис. 4. Принципиальная схема работы разомкнутой СМО по доставке и отгрузке ТБО

Рис. 5. Принципиальная схема работы СМО с отказами по доставке и отгрузке ТБО

   Схема, представленная на рис. 4, так же, как и предыдущая на рис. 3, не учитывает возможного возникновения очереди заявок, что наиболее вероятно в Москве и в других мегаполисах России.

   Поскольку число клиентов не ограничено, то имеет место разомкнутая СМО с ожиданием, с одним каналом обслуживания, с несколькими приемщиками. Однако клиент встанет в очередь ожидания только при сравнительно небольшом числе клиентов. В противном случае он снимет свою заявку в надежде разгрузить ТБО в другом месте за более короткий промежуток времени.

Рис. 6. Принципиальная схема работы одноканальной разомкнутой СМО с ожиданием при ограниченном количестве мест в очереди

   Таким образом, имеет место одноканальная разомкнутая СМО с ожиданием при ограниченном количестве мест в очереди.    Соответствующая принципиальная схема работы СМО показана на рис. 5.
   В данной системе необходимо более четко обозначить функции работников, чтобы избежать  медленной, непродуктивной и непроизводительной их работы. Одни работники должны заниматься регистрацией и разгрузкой клиентов, другие (их больше в связи с более высокой трудоемкостью) – непосредственно сортировкой и разбиванием ТБО на различные фракции. При этом нельзя исключать возможности ухода заявок из-за простоя в очереди, но их число нужно максимально минимизировать. В связи с перечисленными выше обстоятельствами наиболее оптимальной будет схема работы одноканальной СМО с ожиданием и детализацией функций работников внутри системы, отображенная на  рис. 6.

Рис. 7. Принципиальная схема работы одноканальной разомкнутой СМО с ожиданием и детализацией функций работников

   Значение пропускной способности mп для рассматриваемой СМО соответствует ее абсолютной пропускной способности, определяемой в соответствии с теорией массового обслуживания по формуле

mп =

   где   ? – плотность потока требований (число транспортных средств, прибывающих на пункт за единицу времени), маш./ч;    m – среднее число транспортных средств в очереди, после которого вновь прибывающие транспортные средства покидают очередь из-за возможного чрезмерно длительного ожидания;    mОТН     – средняя относительная пропускная способность пункта или средняя доля обслуженных транспортных средств из всех прибывших на пункт;   PОТК – средняя вероятность отказа или доля ушедших из очереди транспортных средств;   ? – средняя интенсивность обслуживания транспортных средств на пункте или среднее число обслуженных за единицу времени транспортных средств, маш./ч;

   Следует отметить, что данные показатели индивидуальны для каждого приемочного пункта и устанавливаются многочисленными наблюдениями.
   Значение ? с учетом числа работников n определяется из равенства

                                                  ? = ?1•n=

   где   ?1  – интенсивность обслуживания одним работником, маш./ч;   EОБ – средняя продолжительность одного обслуживания, ч.
   Одним из основных показателей работы приемочного пункта является также среднее время ожидания каждого транспортного средства в очереди, определяемое в часах по формуле

   Среднее число клиентов  mОЖ  в очереди при этом определяется из равенства

   Практическое применение полученных результатов исследования позволяет существенно повысить показатели работы приемочных пунктов [4].

Выводы

   1. Так как поступающие объемы ТБО на приемочные пункты разные вследствие прибытия различных видов грузовых машин, для расчета среднего времени операций приемки и разгрузки необходимо брать средневзвешенный объем поступающих ТБО. Его величина устанавливается наблюдением за выборкой клиентов и взятием среднего арифметического от привезенной ими массы ТБО.
   2. Принципиальную схему работы замкнутой СМО по доставке и отгрузке ТБО (рис. 3) нельзя считать состоятельной для оптимизации приемочных пунктов, поскольку нет гарантии, что обслуженные клиенты вернуться на тот же пункт. К тому же сильно размыты временные рамки их нового приезда.
   3. Принципиальная схема, описанная в предыдущем пункте, а также схема работы разомкнутой СМО по доставке и отгрузке ТБО (рис. 4) и схема работы СМО с отказами по доставке и отгрузке ТБО (рис. 5) предполагает, что на каждое транспортное средство приходится по одному работнику. В реальности это не совсем так, прибывших на пункт транспортных средств может быть значительно больше.
   4. Наиболее точной является схема работы одноканальной разомкнутой СМО с ожиданием при ограниченном количестве мест в очереди (рис. 6), однако она не описывает функций работников и направлений потоков разгруженных ТБО. В связи с размытыми обязанностями и организационной неясностью возможны простои, уход клиентов из очереди и, как следствие, потеря вторичных ресурсов.
   5. Принципиальная схема работы одноканальной разомкнутой СМО с ожиданием и детализацией функций работников (рис. 7). Прибыв на пункт, автомобиль разгружается и уезжает. ТБО по конвейеру доставляются сортировщикам, которые разделяют мусор на фракции. За емкостями с фракциями приезжают транспортные средства и везут их на утилизацию.

Библиографический список

  1.    Систер В.Г., Мирный А.Н. Современные технологии обезвреживания и утилизации ТБО. – М.: Акад. коммунал. хоз-ва им. К.Д. Памфилова, 2003. 303 с.
  2.    Thome-Kozmiensky Karl J. Anaerobe Abfallbehandlung. //Entsorg. Prax. –1989.  № 1-2.     С. 111-113.  Нем.
  3.    Буторина И.В. Утилизация промышленных и бытовых отходов. – Мариуполь: «Стратегия», 1999. 150 с.
  4.    Дидманидзе О.Н., Синалеев А.Н., Иволгин В.С., Смирнов Д.А. Оптимизация процессов производства и реализации саженцев в плодово-ягодных питомниках. – М.: УМЦ «Триада», 2002. 140 с.