Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса по технологическим системам утилизации отходов пластмасс в сельскохозяйственном производстве 12
1.1 Подходы к формированию концепции утилизации технических средств, как системы научных взглядов 12
1.2 Применение полимеров в машиностроении 15
1.3 Потребление полимеров в сельском хозяйстве 17
1.4 Производство и потребление полимеров 18
1.5 Характеристики наиболее распространенных полимеров 22
1.6 Деградация свойств полимеров в процессе эксплуатации и
возможность их модификации 26
1.7 Антропогенное давление отходов полимеров на природную среду 28
1.7.1 Полимеры и их влияние на живую природу 28
1.7.2 Загрязнение пахотных земель свалками отходов 30
1.7.3 Экологический ущерб от уничтожения пластмассовых отходов . 31
1.7.4 Влияние отходов полимеров на здоровье людей 34
1.8 Промышленные методы обезвреживания и утилизации твёрдых отходов 35
1.9 Рециклинг полимеров 40
1.9.1 Анализ мирового опыта рециклинга полимеров 42
1.9.2 Классификация отходов полимеров 45
1.9.3 Сферы применения вторичных полимеров 48
1.10 Известные методы и технологии переработки вторичных полимеров 53
1.10.1 Методы и технологии переработки вторичных полимеров 53
1.10.2 Анализ технологических операций и технических средств 57
1.10.3 Критерии оценки технологического процесса N 64
1.11 Предпосылки создания гибких технологических систем 68
Выводы по Іразделу 71
2 Обоснование гибкой технологической системы переработки вторичных полимеров для сельскохозяйственного региона 75
2.1 Концепция функционально-целевого построения гибкой
технологической системы переработки вторичных полимеров 75
2.2 Анализ технологических операций и выбор рационального маршрута переработки вторичных полимеров 84
2.3 Анализ технологических показателей сортировки отходов 91
2.3.1 Динамика интенсивности выхода полезной фракции 95
2.3.2 Показатели выхода полезных материалов при сортировке 100
2.3.3 Оценка ресурсов, потребляемых при сортировке 104
2.4 Математические модели рациональных показателей сортировки отходов 109
2.4.1 Рациональная продолжительность сортировки 109
2.4.2 Рентабельная интенсивность выхода продукции 111
2.4.3 Показатель полноты извлечения материала 113
2.4.4 Безубыточная масса материала при сортировке 115
2.4.5 Прибыль при извлечении нескольких материалов в процессе сортировки 116
2.5 Особенности технологической операции измельчения пленочных отходов полимеров 117
2.6 Обоснование выбора схемы штамповки изделий из листа 121
2.7 Обоснование рационального маршрута переработки пластмасс 123
2.8 Обоснование целесообразности выпуска промежуточного продукта 126
2.9 Структура сети предприятий по переработке вторичных полимеров 129
Выводы по 2 разделу 131
3. Прогнозирование сырьевой базы технологических систем утилизации полимерных отходов в сельскохозяйственном регионе 134
3.1 Основы методологии исследования объемов образования отходов полимеров 134
3.2 Прогноз потребления пластмасс в регионе 135
3.3 Прогноз образования отходов пластмасс 139
3.4 Прогнозирование сроков службы пластмассовых изделий 141
3.5 Анализ объемов используемых пластмассовых изделий 148
3.6 Основные положения баланса потоков полимеров 150
3.7 Анализ структуры потоков утилизации отходов полимеров 156
3.8 Предпосылки измерительной части технологии мониторинга оборота пластмасс 162
Выводы по 3 разделу 166
4. Результаты экспериментальных и статистических исследований 170
4.1 Анализ потоков производства и потребления полимеров 170
4.1.1 Мировое производство полимеров 171
4.1.2 Производство полимеров в России 173
4.1.3 Потребление полимеров в России 174
4.1.4 Потребление полимеров в регионе 177
4.2 Накопление полимеров на душу населения 180
4.3 Средний срок использования полимеров 182
4.3.1 Анализ сроков службы полимерных пакетов 183
4.4 Анализ потоков утилизации пластмассовых изделий в Воронежской области на основе кругооборота полимеров 184
4.5 Изменение параметра частицы в процессе измельчения пленочных отходов полимеров 187
4.6 Прогнозирование объемов вторичного полимерного сырья 188
Выводы по 4 разделу 192
5 Технические решения отдельных технологических задач и внедрение в производство 194
5.1 Участок производства полимерных труб 194
5.2 Подающее устройство для штамповки изделий из листа 195
5.3 Устройства для контроля резьбовых поверхностей 197
5.3.1 Автомат для контроля наружной резьбы 198
5.3.2 Устройство для контроля резьбы 200
5.4 Измельчение материалов 202
5.5 Использование отходов полимера в производстве паркета 204
Выводы по 5 разделу 205
6 Оценка экологического и экономического эффекта от внедрения рециклинга полимеров в регионе (на примере Воронежской области) 206
6.1 Сохранение пахотных земель от загрязнения их свалками отходов 206
6.2 Снижение выбросов вредных веществ в поверхностные воды и воздух 207
6.3 Экономические показатели переработки вторичных полимеров 209
6.3.1 Оценка экономических показателей предприятия сельского уровня 209
6.3.2 Прогнозирование экономических показателей предприятия районного уровня 213
Выводы по 6 разделу 220
Общие выводы 221
Список использованной литературы
- Потребление полимеров в сельском хозяйстве
- Анализ технологических операций и выбор рационального маршрута переработки вторичных полимеров
- Прогноз образования отходов пластмасс
- Накопление полимеров на душу населения
Введение к работе
Полимерные материалы находят широкое применение в конструкциях машин и оборудования сельскохозяйственного назначения. В процессе сервиса технических средств образуются полимерные отходы в виде отработанных деталей, упаковки запасных частей и материалов, тары. Помимо сервисных предприятий (станций технического обслуживания; ремонтных заводов, предприятий торговли) источниками полимерных отходов являются сельскохозяйственные и перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию предприятия, объекты, общественного питания и здравоохранения, культуры, отдыха и спорта, учебные заведения и бытовой сектор.
Рост потребления полимеров в сельском хозяйстве создаёт серьезную проблему ликвидации отходов: для их захоронения приходится отводить все-новые земли, в том числе и из пахотного оборота. Процесс сжигания или естественного разложения пластмасс сопровождается выделением канцерогенов. Они устойчивы к химическому и биологическому разложению, сохраняются в окружающей среде в течение десятков лет и переносятся по пищевым цепям: почва - растения - травоядные животные - человек.
Перспективным; направлением утилизации отходов полимеров признана переработка их в другие, менее ответственные изделия. Сдерживающими факторами внедрения рециклинговых технологий пластмасс в сельскохозяйственном производстве России являются территориальная рассредоточенность источников образования отходов полимеров и сложность перестройки технологических линий с выпуска одного вида продукта на выпуск другого, диктуемых конъюнктурой рыночного спроса.
Значительные трудоёмкость и» энергоёмкость технологических операций сортировки отходов препятствуют расширению объемов и номенклатуры пластмассовых изделий, доступных для рециклинга.
Вторичные полимеры обладают нестабильными свойствами: разной степенью деструкции, , неравномерностью усадки при остывании. Необходимы исследования технологических операций измельчения тонкостенных и пленочных изделий, штамповки штучных изделий из листа для обоснования технологических параметров, обеспечивающих снижение энергоёмкости и материалоёмкости процессов, совершенствование технических средств переработки отходов и контроля параметров выпускаемых изделий, а также предложения по формированию структуры предприятий технического сервиса, обеспечивающих сбор и утилизацию отработанных пластмассовых деталей и изделий.
Народнохозяйственная проблема. Совершенствование одного из составляющих элементов технического сервиса - утилизации пластмассовых деталей и изделий на предприятиях технического сервиса АПК.
Гипотеза. Решение указанной народнохозяйственной проблемы возможно путем создания инфраструктуры предприятий по утилизации полимерных отходов, включающей специализированные предприятия по переработке вторичного полимерного сырья на основе гибких рециклинговых технологий, а также взаимосвязанную с ними сеть предприятий технического сервиса и дилерских пунктов, осуществляющих сбор отработанных пластмассовых деталей и изделий.
Цель работы. Разработка вопросов организации технического сервиса, технологических процессов и технических средств утилизации пластмассовых деталей и изделий на сервисных предприятиях АПК.
Задачи:
Обосновать структуру гибкой технологической системы утилизации пластмассовых деталей и изделий, учитывающей объемы и свойства утилизируемых ресурсов, образующихся в регионе, и территориальную рассредоточенность объектов хозяйствования АПК.
Предложить методику выбора рационального маршрута в гибкой технологической системе для переработки вторичного полимерного сырья.
Предложить методы расчета рациональных параметров технологических операций сортировки утилизируемых полимерных отходов на основе математических моделей оценки их поступления на утилизацию. Дать обоснование параметров технических средств для измельчения тонкостенных и пленочных изделий.
Предложить методику обоснования рациональной схемы штамповки штучных изделий из листа и техническое средство для её осуществления, а также предложить технические средства для сплошного контроля размеров и отбраковки изделий.
Разработать методику исследования выхода пластмассовых изделий в утилизацию.
Разработать методику прогнозирования объемов и структуры сырьевой базы технологической системы переработки отходов полимеров посредством мониторинга отходов в сельскохозяйственном регионе.
Дать оценку экологического и экономического эффекта от внедрения рециклинга полимеров в регионе (на примере Воронежской области).
Объекты исследований. Гибкие механизированные технологии утилизации пластмассовых деталей и изделий и средства их реализации.
Методы исследований. При выполнении теоретических исследований использовались методы математического анализа и моделирования.
В основу экспериментальных исследований положены натурный пассивный эксперимент, выполняемый в производственных условиях, а также исследования моделей устройств, выполненные в лабораторных условиях. Использовались статистические методы оценки результатов экспериментов.
Научной новизной обладают:
- концепция формирования инфраструктуры предприятий, функционально целевой и территориальной декомпозиции гибкой технологической системы
утилизации пластмассовых деталей и изделий;
- методика расчета технологических показателей сортировки отходов, полученных на основе рассмотрения закономерностей динамики выхода полезной фракции полимеров;
- алгоритм формирования технологического маршрута гибкой технологической системы переработки вторичных полимеров, адаптирующейся к изменениям физико-механических и морфологических свойств сырья;
- концепция оценки и прогнозирования образования потоков выработавших свой ресурс пластмассовых деталей и изделий на основе анализа кругооборота полимеров: потребления, накопления и утилизации пластмасс в регионе;
- статистические закономерности выхода пластмассовых изделий в утилизацию, математические модели функции плотности отказов пластмассовых изделий с учетом рециклинга полимеров.
Значимость для теории. Методика формирования структуры сельских перерабатывающих предприятий на основе декомпозиции технологических подсистем по функционально-целевому и территориальному признакам.
Методика обоснования объемов образования выработавших свой ресурс пластмассовых деталей и изделий на основе анализа кругооборота полимеров в регионе.
Значимость для практики. Для практики имеют значение:
- методика обоснования технологических маршрутов переработки вторичных полимеров, позволяющая обосновать рациональные технологические маршруты по минимуму затрат и максимальной прибыли.
- технические решения по механизации технологических операций, позволяющие снизить энергоемкость процесса измельчения пленочных отходов полимеров; снизить трудоемкость и уменьшить отходы материала при штамповке изделий из листа; повысить качество изделий за счет сплошного контроля их основных параметров.
- методика мониторинга потоков полимеров, позволяющая разработать инфраструктуру предприятий в регионе и рациональную структуру производственной системы утилизации пластмассовых деталей и изделий, обладающей технологической гибкостью и эффективностью.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Принцип формирования структуры гибкой технологической системы переработки отходов полимеров, в основу которого положена функционально-целевая и территориальная декомпозиция, в соответствии с пятью этапами переработки отходов и получаемым полуфабрикатом или продуктом. Методика и расчетные формулы для обоснования наиболее эффективного этапа переработки отходов и соответствующей ему технологической подсистемы применительно к условиям сервисного предприятия и обслуживаемого им района.
2. Методика формирования технологических маршрутов гибкой
технологической системы переработки вторичных полимеров, совокупность
алгоритмов и математических моделей для ее реализации.
3. Методика и математические модели для обоснования параметров сортировки отходов при условии безубыточности, снижения энергоёмкости измельчения тонкостенных и пленочных изделий, снижения потерь материала в процессе листовой штамповки.
4. Научно обоснованная концепция и совокупность математических моделей для прогнозирования доступных для переработки объемов образования выработавших свой ресурс пластмассовых деталей и изделий в сельскохозяйственном регионе, построенные на основе анализа кругооборота полимеров: потоков потребления пластмассовых изделий и утилизации отхо-дов полимеров, объема накопления пластмассовых изделий в эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 4-й Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 23-25 мая 2001 г.), 7-й Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 19-21 мая 2004 г.), 6-й Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (г. Воронеж, ВГУ, 2006 г.), Международной научно-практической конференции «Опыт и проблемы природопользования при реализации президентских программ в Центральном Черноземье России» (г. Воронеж, ВИСХАГИ, 26 декабря 2005 г.), 9-й Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации» (г. Липецк, 12 декабря 2007 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (г. Курск, 20 - 22 марта 2007 г.), Международной конференции, посвященной 95-летию ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» «Мировой опыт и перспективы развития сельского хозяйства» (г. Воронеж, ВГАУ, 23-24 октября 2007 г.).
Публикации. Основные результаты опубликованы в монографии, 40 печатных работах, в том числе в 8 патентах и авторских свидетельствах. Тринадцать работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК.
Потребление полимеров в сельском хозяйстве
Основное преимущество полимерного сырья над деревом [241] - его биологическая стойкость: полимеры не подвергаются разрушению микроорганизмами и могут длительное время находиться в воде без угрозы для структуры. Это свойство открывает широкие перспективы использования полимеров в конструкциях внутреннего устройства животноводческих помещений, подвергающихся значительному влиянию факторов коррозии и гниения. Водопроводные и канализационные трубы, перегородки, клетки для птиц и мелких животных. Низкая теплопроводность полимеров и достаточная прочность дают возможность обустроить полы для крупного рогатого скота, которые легко смываются струей воды и на которых животные не простужаются. В таблице 1.1 приведены данные по объемам производства изделий из пластмасс.
Данные таблицы подтверждают рост потребления пластмассовых изделий всех наименований. Из общего количества полимерного сырья [141] около 40 % идет на производство упаковочных материалов, почти 30 % на изготовление различных пленок. В России более половины произведенных полимерных пленок используется в качестве упаковки, более четверти - упаковке пищевых продуктов. В 2001 году объем Российского рынка упаковочных пленок [198] составил 158 тыс. т, отечественные производители - 48,4 %. По видам полимера: поливинилхлорид (ПВХ) - 27 %; полиолефиновые - 55 %; полиэтилентерефталат (ПЭТ) - 2 %; другие - 16 %.
Приведенные данные говорят о перспективности использования полимеров в сельском хозяйстве в качестве упаковочных материалов для пищевых и других сельскохозяйственных продуктов.
Таким образом, мировое производство полимеров( растет из года в год. Уникальные свойства - низкая теплопроводность и биологическая стойкость при достаточной прочности открывают полимерам новые возможности для использования, их в сельском хозяйстве: упаковке сельскохозяйственной продукции, обустройстве животноводческих помещений, водоснабжении и канализации. Расширяется использование полимеров в качестве конструкционных материалов для машин и сельскохозяйственных орудий.
Производство полимеров - наиболее динамично развивающаяся отрасль мировой экономики. Потребление полимеров ежегодно возрастает в среднем на 5-6% [37], а в отдельных странах до 20% [141].
В последнее время по темпам рост производства полимерных материалов технического применения значительно опережает рост производства аналогичных материалов из натурального сырья. [105, 179, 182]. Так, мировое производство полимеров типа полиэтилена, полипропилена, фенопластов, полихлорвинила, полистирола и других опережает производство черных металлов, все более рас ширяющееся, а получение химических волокон подтверждает опережающую роль полимеров по сравнению с природными материалами (из хлопка, шерсти, льна).
Прогноз роста мирового производства пластмасс по данным литературных источников представлен в таблице 1.2.
В оценках объемов производства пластмасс в мире в том или ином году наблюдается разброс мнений специалистов. Некоторые данные (например, данные за 2010 и 2020 годы) приведены в виде прогноза. По данным за 2000 год отсутствует подробное объяснение, какие виды полимеров включены авторами исследований в анализ, а какие виды исключены. Но в одном они единодушны: мировое производство полимеров от года к году возрастает.
В России начало крупнотоннажного производства полимеров восходит к предвоенным годам. Так, в СССР, в 1940 году было произведено 24 тысячи тонн [179] полимеров, в 1950 - 75, в 1960 - 312, в 1970 - 1673 тысячи тонн. Динамика производства пластмасс в России, по данным статистического сборника, [223] представлена в таблице 1.3. В таблице приведены данные за период времени с 1970 по 2003 годы по основным видам пластмасс. До 1990 - го года наблюдается стабильный рост производства пластмасс и смол. В 1995 - 1996 годы наблюдается резкий спад производства. Накладывает свой отпечаток изменение политической системы и границ государства, изменение форм собственности и органов управления государством. В последующие годы производство начинает нарастать. В 2003 году производство пластмасс и смол в России достигло уровня 1990 года.
Анализ технологических операций и выбор рационального маршрута переработки вторичных полимеров
Технологические операции удобно рассматривать, предварительно сгруппировав их по видам. Необходимость технологических операций накопления и расходования обусловлена рассредоточснностью утилизируемых полимерных отходов по территории, низкой плотностью отходов. При перевозке отходов предварительно требуется выполнить действия по накоплению массы или объема материала в соответствии с возможностями транспортных средств. Накопление иногда сопровождается уплотнением материала. Операция расходования выполняется в случае непрерывной переработки материала и дискретной его доставке.
Операция разделения компонентов может выполняться как отделение примесей от основного материала или как выделение полезной фракции из неорганизованной совокупности, компонентов. При этом могут использоваться механические устройства, например крючья или решета, пневматические сепараторы, ванны для разделения по плотности, моющие установки.
Процесс сортировки может протекать как стабильный процесс с постоянной интенсивностью выхода примеси. В этом случае процесс ведется до- полного разделения компонентов. Может возникнуть такая ситуация, когда интенсивность выхода компонентов уменьшается с течением, времени сортировки. В этом случае возникает альтернатива продолжения сортировки при условии превышения затрат на получаемый материал над его ценой или прекращения сортировки при сохранении в составе материала некоторой доли примеси. Выбор приемлемого варианта диктуется требованиями к качеству получаемого продукта или. экономическими соображениями.
Операция смешивания используется для получения равномерного распределения компонентов во всем объеме смеси при получении композиционных материалов на основе полимеров и наполнителей или модификации вторичных полимеров.
Измельчение едва ли не самая распространенная технологическая, операция переработки, вторичных полимеров: В мире выпускаются различные конструкции измельчителей, построенные на использовании различных принципов действия и физических явлений. Однако энергетические затраты на процесс измельчения амортизированных пластмассовых изделий остаются высокими.
В? качестве технологических операций формообразования при переработке полимеров широкоіиспользуются литье под давлением,,экструзия, спекание изделий в формах. При этом принудительно изменяется температура изделий до установленных значений, как без изменения агрегатного- состояния полимера, так и с изменением его. Формованием на прессах или вакуумформованием получают объемные изделия из листа. В качестве первой операции используется вырубка заготовок на прессах. Материал предварительно разрезается на полосы одинакового размера - карты или ленты. При этом получается значительный отход материала в виде выштампованных карт.
Некоторые изделия, такие, как бутылки, пузырьки, баночки предназначаются для заполнения содержимым на автоматических линиях. Неточность размеров резьбовых поверхностей, обусловленная- повышенным разбросом характеристик вторичных полимерных материалов, приводит к поломкам механизмов станков. Для того чтобы исключить бракованные изделия из поставляемых партий, необходимо-проводить сплошной контроль всех изделий. Это трудоемкая операция, требующая постоянного внимания контролера.
Упростить, удешевить получение как промежуточного продукта переработки так и потребительского изделия можно путем выбора рационального маршрута переработки амортизированных изделий из пластмасс. Маршрут переработки представляет собой последовательность технологических операций, обеспечивающих преобразование сырья в промежуточный или конечный продукт. Выбор маршрута переработки диктуется свойствами потребительского изделия: если требования к изделию не высоки, то часть этапов в обработке может быть пропущена.
Если в номенклатуре перерабатывающего предприятия наряду с изделиями, предъявляющими высокие требования к сырью, имеются изделия, предъявляющие низкие требования к сырью, маршрут целесообразно выполнить по расходящейся схеме. При этом на этапе отделения не перерабатываемых примесей производится сортировка отходов на группы по категориям физико-механических свойств с последующим направлением каждой группы по наиболее рациональному технологическому маршруту. Схема технологического процесса представлена на рисунке 2.8.
Пример. В группу А направляются сильно загрязненные изделия, отходы -изоляции проводов и кабелей с металлическими включениями, изделия из фольгированных пластиков. Для этой группы нет смысла выполнять операции отмывки, сушки, гранулирования. Здесь целесообразно после окончательного измельчения провести модификацию материала добавлением углерода технического марки К-354 ГОСТ 7885 в количестве 0,1 % и наполнение минеральным наполнителем (песком, размолотым шлаком и т.п.) с последующим горячим прессованием с целью получения плиток для теплого пола животноводческих помещений.
Прогноз образования отходов пластмасс
Образование отходов полимеров целесообразно рассматривать в разрезе населенных пунктов. Здесь размещены предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, в населенные пункты свозятся удобрения, корма, материалы, зерно и другая с/х продукция, здесь же образуются твердые бытовые отходы у населения.
Количество отработавших полиэтиленовых мешков может быть определено через посевные площади и нормы внесения минеральных удобрений. Количество отработанной полиэтиленовой пленки, различных емкостей и других пластмассовых изделий, можно спрогнозировать для тепличных хозяйств и хозяйств, имеющих развитое животноводство.
Перерабатывающие производства образуют отходы полимерной тары и пленки.
Около 67 % [141] отходов пластмасс образуется в бытовом секторе. Количество этих отходов можно спрогнозировать исходя из численности населения, зная норму образования отходов на душу населения. Qy(t) = Qyl7O1(0 + ОУж(0 + Qym(t) + Qyn(t) + Qy6(t) ; ИЛИ Oy(t) = Qyотрасли) \ (3.9) где Qy отрасли) выход отходов пластмасс по отраслям хозяйственной деятельности; Qyn0Jl(t) - выход отходов пластмасс от полеводства; (2УЖ(І) - выход отходов пластмасс от животноводства; Qym(t) — выход отходов пластмасс от теплиц;
Qyn(t) - выход отходов пластмасс от перерабатывающих производств; Qyo(t) — выход отходов пластмасс от бытового сектора; Пластмассовые изделия непрерывно поступают в регион в соответствии с функцией Qn(t). В то же время часть пластмасс вырабатывает свой ресурс и утилизируется в соответствии с функцией Qy(t).
Из условия неразрывности потока логично было бы предположить, что поток утилизируемых пластмасс соответствует потоку пластмасс, поступивших в прошедший момент времени, отдаленный от контролируемого момента на величину среднего срока службы (ресурса) пластмасс. Если, например, средний срок службы пластмассовых изделий составляет 5 лет, то математическое ожидание сегодняшнего потока утилизируемых пластмасс соответствует потоку поступления пластмасс пятилетней давности. Qv(t)=Qn(t-r); (3.10) гДе Qn(t - г) — поток пластмасс, поступивших в прошедший момент времени, отдаленный от настоящего момента времени на величину, равную среднему сроку эксплуатации г (ресурсу) изделий из полимера; г - средний срок эксплуатации (ресурс) изделий из полимера. Подставляем выражение потоков с учетом соотношения (3.3): N(t)-qv(t) = N(t - r)-q„(t -г); (3.11) или после преобразований: N(t-r) qy=mt) qn{t r); (ЗЛ2)
Если показатель, на который производится нормирование, не изменяется с течением времени, то первый сомножитель становится равным единице, и тогда выражение примет вид: ЯУ(0 = qn(t-r) , при N, = Na.r). (3.13)
Если показатель, на который производится нормирование N, остается неизменным во времени, то норма утилизации пластмасс qy(t) в какой-то контролируемый момент времени t равна норме потребления пластмасс qn(t-г) в прошедший момент (t-r), отдаленный от контролируемого момента t на величину г среднего срока службы (ресурса) пластмасс.
Представленное положение дает возможность обосновать формализованную связь нормы утилизации полимера с его нормой потребления.
При мониторинге амортизации пластмасс следует учитывать вариации срока службы пластмассовых изделий [13]. Пластмассы в зависимости от их вида и назначения изделий, изготовленных из них, могут находиться в эксплуатации до наступления износа (морального или физического) различные сроки: от нескольких часов (полиэтиленовые пакеты) до десяти и более лет (емкости, части инструмента, трубы). Краткосрочные изделия - это, как правило, упаковочные материалы. Их средний срок службы определяется средним сроком хранения пакуемого продукта. Так, срок службы 80% изделий из полиэтилена низкой плотности не превышает четырех лет, хотя материал мог бы служить в три раза дольше без заметного снижения физико-механических свойств.
Динамику выбытия амортизированных изделий из эксплуатации в утилизацию целесообразно характеризовать функцией интенсивности амортизации. Она будет представлять собой функцию плотности отказов.
Накопление полимеров на душу населения
Средний срок службы пластмассовых изделий оказывает существенное влияние на кругооборот полимеров: в хозяйстве и объемы образования ОТХОДОВ; Поскольку статистические данные имеют значительный разброс в силу отсутствия четкой методики сбора информации, а так же, из-за различия сроков эксплуатации изделий, которые определяются хозяйственной необходимостью, анализ:необходимо проводить с различных позиций.
Так, Штарке [282] считает средний срок эксплуатации- пластмассовых изделий 4 - 6 лет. Результаты наших исследований позволяют определить средний срок эксплуатации полимеров по показателю накопления полимеров (70 кг/чел.год) и коэффициенту регрессии математической модели (4.20) душевого потребления полимеров (или нормы потребления). Расчеты выполняются по формуле (2.30) и помещены в таблице 4.3.
Примерно 35 % полиэтилена используется [141] на изготовление тары и упаковки, из них около 32 % идет на изготовление пакетов, а это значительная доля: свыше 11 % от всего потребления полиэтилена. Для производства пакетов используется так же пленки из полипропилена, реже — из полистирола и поливинилхлорида.
Широкое распространение получила упаковка продуктов питания в полимерные пакеты в розничной торговой сети. Это самые коротко живущие пластмассовые изделия. После того, как пакуемый продукт будет использован, полимерные пакеты в большинстве своем выбрасываются в мусор.
Нами решалась задача оценки продолжительности использования пакета в эксплуатации. При этом фиксировалась дата поступления пакета вместе с продуктом в домашнее хозяйство и дата отправления пакета в мусорный контейнер. В день поступления пакета на него наклеивалась бирка, на которой указана дата поступления и информация о пакете и находящемся в нем продукте заносилась в журнал испытаний. При помещении пакета в мусорный контейнер в журнале испытаний указывалась дата выбытия пакета. Опыт продолжался в период от 02.03.2006 по 21.04.2006 года. В процессе исследования было отслежено движение 97 пакетов. Размах жизненного цикла пакетов составил 1 ...26 дней. Данные обрабатывались с помощью Mathcat 12.
Средний срок службы пакетов» составил 5,5 дней, среднее квадратическое отклонение - 4,8 дня, коэффициент вариации - 88,0 %, Ошибка среднего срока -0,49 дней, доверительный интервал при 95 % уровне значимости составил 1,0 день. Таким образом, срок службы пакета составил 5,5=Н,0 или 4,5...6,5 дней.
Исследование потоков утилизации амортизированных пластмассовых изделий необходимо для того, чтобы обосновать сырьевую базу предприятий по переработке вторичных полимеров. В качестве примера исследуем кругооборот полимеров в Воронежской области. Численность жителей области в рассматриваемый период составляет около 2435 тысячи человек [6].
Здесь следует отметить, что сведения о потоках отходов разноречивы: в. последние годы идет смена форм отчетности по отходам. До 2003 года отчетность предоставлялась в кубических метрах. После 2003 года учет ведется в тоннах. Изменился порядок классификации отходов. Часть отходов, которые относились к одному виду, перекочевала в другую группу, что не дает возможность получить сопоставимые результаты. В этом случае крайне необходима методика, которая позволила бы выявить главные зависимости и отсеять случайные факторы.
Объемы утилизируемых отходов по области представлены в таблице 4.4. Кубические метры переведены в тонны с учетом плотности отходов р = 0,2 т/м [63, 76, 178]. Известно [123], что содержание полимеров в твердых бытовых отходах составляет 3 - 5 %. В расчета принято 3,5%.
Математическая модель утилизации полимеров, как было ранее сказано, должна иметь тот же показатель интенсивности а, что и базовая математическая модель, то есть, а = 1,9. Тогда задачей построения математической модели является отыскание значения показателя tn. Расчеты по данным таблицы 4.4 дают значение toy - 1999. Математическая модель утилизации отходов полимеров методом захоронения на полигоне отходов на душу населения по Воронежской области примет вид
Не все отходы полимеров поступают на полигон отходов. Часть из них мы можем увидеть в придорожных канавах, в лесополосах, на несанкционированных мусорниках. Какая-то часть полимеров сжигается на кострах и в печах. Эту часть отходов полимеров то же необходимо учесть. Определяем ее как долю неучтенных отходов.
