Введение. За последние десятилетия проблема обращения с бытовыми и промышленными отходами в России и мире приобрела повышенную значимость вследствие роста урбанизации, увеличения потребления и ограниченности полигонных площадей. Традиционная модель утилизации — захоронение на полигонах — сопровождается рисками для окружающей среды и общественного здоровья, а также характеризуется низким уровнем восстановления ресурсов. Развиваются альтернативные стратегии, среди которых ключевыми являются раздельный сбор и механико‑биологическая обработка (МБО) отходов, а также термические методы утилизации. Обзор литературы показывает, что зарубежные исследования (Европа, Япония) демонстрируют положительный эффект от комбинации раздельного сбора и МБО, а российские исследования акцентируют внимание на барьерах: недостаточной инфраструктуре для раздельного сбора, низком уровне общественного участия и финансовых ограничениях муниципалитетов. Анализ указывает на важность интегрированного подхода, где технологические решения сопровождаются организационными мерами и экономическими стимулами. В настоящее время отсутствуют комплексные оценки внедрения МБО с учётом разных сценариев раздельного сбора и локальной логистики. Существующие исследования часто ограничены технико‑технологическими аспектами или представляют расчёты на уровне отдельных пилотных объектов, без оценки системных экономических последствий и детального анализа чувствительности ключевых параметров. Поэтому целью данной работы является определение оптимальных вариантов сортировки ТКО с позиции дальнейшей инсинерации на основе учета теплоты сгорания и выбросов загрязняющих веществ.

Материалы и методы. Осуществлен сбор и анализ статистических данных о функционирования системы обращения ТКО на региональном уровне. В качестве источников использовалась открытая информация Федеральной службы государственной статистики и Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Форма 2-ТП (отходы))1. Были изучены и проанализированы данные и отчеты IFC (International Finance Corporation)2 и публичной правовой компании «Российский экологический оператор» (РЭО)3. Для решения поставленных задач был разработан алгоритм проведения исследований, включающий применение регрессионного анализа, построение ранжированного ряда удельной теплоты сгорания ТКО по морфологическому составу с последующим разделением на группы I и II, формирование альтернативных вариантов сортировки отходов за счет изменения доли групп ТКО (I и II) в условно принятых сценариях с последующим решением многокритериальной задачи выбора оптимального варианта сортировки ТКО для целей дальнейшей инсинерации. Исследования проводились в программах MS Excel и Statistica.

Результаты исследования. Анализ статистических данных системы обращения и состава твердых коммунальных отходов позволил выявить, что морфологический состав для целей дальнейшей инсинерации за последние 5 лет оставался относительно стабильным с незначительными сезонными колебаниями. Наблюдалась четкая корреляция между численностью населения и объемами накопления отходов, а также между объемом отходов и уровнем их сортировки. В результате имитационного моделирования допустимого множества альтернативных вариантов сортировки ТКО был определен оптимальный баланс между экономической эффективностью от инсинерации и экологическим загрязнением окружающей среды. В такой постановке были имитационно сформированы партии для последующего сжигания с различным соотношением в них твердых коммунальных отходов из групп I и II в соотношении 10/90, 30/70, 50/50, 70/30, 90/10, соответственно. Определены оптимальные варианты сортировки ТКО для целей дальнейшей инсинерации посредством расчета функции, определяющей степень приближения каждой из рассматриваемых альтернатив сортировки к идеальному значению (идеальной точке), в качестве которой были использованы значения минимальных выбросов (летучая зола, оксид серы, оксид азота, оксид углерода) и максимальное значение теплоты сгорания (энергетическая ценность ТКО исходя из морфологического состава), а также рассчитаны коэффициенты чувствительности к изменению базовых значений параметров сортировки и валового выброса загрязняющих веществ. Получены оптимальные варианты сортировки ТКО с позиции дальнейшей инсинерации на основе учета теплоты сгорания и выбросов загрязняющих веществ (в т.ч. показателей углеродного следа).

Обсуждение. Основным результатом исследования является разработанный подход к эффективной сортировке твердых коммунальных отходов (ТКО) для целей их последующей термической утилизации. В основу решения поставленной задачи положены принципы, обеспечивающие получение классического решения прямой и двойственной задач оптимизации, направленных на достижение максимальной эффективности процесса инсинерации ТКО при условии минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Полученные результаты позволяют осуществить эффективное разделение ТКО с учетом ограничивающих производственных факторов мусоросжигательных заводов на полигонах. Анализ морфологического состава ТКО для целей их последующей сортировки и термической утилизации позволил выявить варианты разделения отходов, обладающие наибольшей энергетической ценностью исходя из теплоты сгорания отдельных компонентов и характеризующиеся минимальным количеством выбросов загрязняющих веществ.

Заключение. Проведенный анализ статистических данных системы обращения ТКО позволил выявить преобладание полигонного захоронения и низкую результативность процесса сортировки. Регрессионные модели обнаружили возрастающие тенденции объемов вывозимых и отсортированных отходов, что предопределило необходимость целенаправленного и рационального разделения для целей утилизации. Имитационное моделирование альтернативных вариантов сортировки ТКО и решение оптимизационной задачи позволили определить наилучшие схемы распределения отходов для последующей термической переработки, характеризующиеся минимальными выбросами загрязняющих веществ и максимальными значениями теплоты сгорания. Таким образом, в ходе исследований получены оптимальные варианты сортировки твердых коммунальных отходов на основе учета морфологического состава партий, обеспечивающие наибольшую эффективность термической утилизации и минимизацию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.