Математичні моделі сортування твердих побутових відходів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Факультет інфокомунікацій, радіоелектроніки та наносистем

Кафедра основ безпеки життєдіяльності

Реферат

Математичні моделі сортування твердих побутових відходів

відходи побутовий утилізація україна

Виконав: ст.гр МНТ -18б Оніщук Микола

Перевірив: к.т.н., доц. Березюк О. В.

Вінниця, 2020

ЗМІСТ

• ВСТУП
• Сучасні аспекти проблеми ТПВ
• Проблеми ТПВ в Україні
• Основні етапи та технології по утилізації твердих побутових відходів
• Шлях ТПВ
• Структура математичної моделі сортування ТПВ
• Математична модель оцінки часу, що витрачається на сортування твердих побутових відходів
• СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

На сьогоднішній день однією з найболючіших екологічних проблем великих міст і промислових зон є проблема навали відходів.

В Україні щорічно населенням утворюється близько 50 млн. кубічних метрів твердих побутових відходів. І це складає лише 5% загальної річної кількості відходів. Офіційно в Україні зібрані побутові відходи захоронюються на території чотирьох з половиною тисяч сміттєзвалищ і полігонів. Потужностей переважної кількості існуючих полігонів та сміттєзвалищ не вистачає для утилізації відходів: 242 з них є недіючими, 248 сміттєзвалищ перевантажені, а більше 1100 не відповідають нормам екологічної безпеки.

Більшість сміттєпереробних заводів не відповідають сучасним технічним вимогам. Практично всюди відсутні системи утилізації фільтрату, що збільшує техногенну небезпеку цих об'єктів. Неналежним чином виконується рекультивація сміттєзвалищ, відповідними роботами охоплено лише 20% з тих, що потребують рекультивації. Понад 80% відходів потрапляє у поверхневі сховища, значна кількість - у неорганізовані сховища. Тому на сьогоднішній день питання утилізації відходів є дуже актуальним і не може не хвилювати Україну.

У даній роботі буде розглянуто не лише математичну модель, а й інша інформація яка стосується твердих побутових відходів. Для цього буде проаналізовано літературні джерела та використані різні напрацювання в цій галузі.

СУЧАСНІ АСПЕКТИ ПРОБЛЕМИ ТПВ

На сьогоднішній день ТПВ (тверді побутові відходи) представляють собою суміш, яка складається з: харчових відходів, паперу, картону, деревини, металобрухту чорних і кольорових металів, кісток, шкіри, гуми, текстилю, скла, полімерних матеріалів. Але разом з тим, в цій суміші можна знайти солі ртуті з батарей, фосфоро-карбонати з флуоресцентних ламп, токсичні хімікати, які містяться в залишках фарб та розчинників, лаків та аерозолів, акумуляторах.

Зростанню кількості ТПВ сприяють товари одноразового використання; товари народного споживання з короткочасним терміном служби людині, які ми купуємо, споживаємо та викидаємо не дивлячись на їх залишкову вартість.

Сприяє росту потоку сміття і тара, яка до того ж видозмінює його. Так за останні п'ятдесят років в твердих побутових відходах зменшилась кількість скла та жерстяних банок, в той же час значно зросла кількість пластику та інших полімерних матеріалів. На сучасному етапі розвитку суспільства кожна людина за даними статистики в середньому за одну добу створює від 2 до 3 кг твердих побутових відходів. І мають тенденцію до постійного зростання, що заставляє муніципальну владу всіх міст постійно шукати оптимальні шляхи утилізації відходів своїх громадян.

Найкращим із них являється шлях елементного сортування відходів, який дає змогу оптимально вирішувати проблему їх утилізації та всебічного використання вторинних ресурсів сировини та матеріалів.

ПРОБЛЕМИ ТПВ В УКРАЇНІ

Проблеми накопичення та утилізації твердих побутових відходів виникають і потребують свого вирішення в кожній цивілізованій країні на протязі трьох останніх століть. Не являється виключенням і Україна.

На сьогоднішній день щорічний об'єм викидів твердих побутових відходів в Україні становить близько 50,5 млн. тонн, або 200 млн. м3 і мають тенденцію до зростання.

Приблизний склад твердих побутових відходів в Україні на 2020 рік становить:

Таблиця 1 - Склад ТПВ

Вище приведені цифри свідчать про необхідність вирішення питань із збиранням, утилізацією, переробкою та захороненням твердих побутових відходів. Для їх вирішення необхідно здійснювати комплексний підхід по управлінню відходами.

ОСНОВНІ ЕТАПИ ТА ТЕХНОЛОГИ ПО УТИЛІЗАЦІЇ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ

Комплексна система управління твердими побутовими відходами передбачає наступну схему розв'язання проблеми з їх утилізацією:

• роздільний збір небезпечних компонентів твердих побутових відходів;

• скорочення відходів;

• вторинна переробка відходів;

• спалювання відходів;

• захоронення твердих побутових відходів.

Виконуючи вимоги Законів України "Про відходи" та "Про загальнодержавну програму поводження з токсичними відходами" в нашій державі з 2001 року організовано роботу по прийманню особливо небезпечних високотоксичних компонентів твердих відходів:

• акумуляторів та батарейок;

• люмінесцентних ламп.

Згідно постанови Кабінету Міністрів України №668 "Про програму використання відходів виробництва і споживання" здійснюємо вторинну переробку твердих побутових відходів, яка передбачає виконання наступних задач:

• Відбір компонентів, які можна використати в якості вторинного матеріального ресурсу.

• Відбір органічних компонентів твердих побутових відходів (залишки харчових продуктів, очисток овочів та фруктів, тощо) для компостування.

• Відбір залишків лаків, фарб, клеїв, пластмас, пластику та інших продуктів органічного синтезу для високотемпературного піролізного спалювання.

• Відбір відходів, які не піддаються спалюванню. [1]

ШЛЯХ ТПВ

Позбавляючись сміття ми іноді не замислюємося, куди воно рухається далі і які маніпуляції з ним проводяться.

Починається усе із сміттєвого баку, у який ви викидаєте відходи. Далі ці сміттєві баки спустошуються компанією, яка займається збором відходів. І кінцеве місце призначення це сміттєзвалище, на якому ТПВ зберігається роками і шкодить навколишньому середовищу.

Рис. 1 - Схема шляху ТПВ

Проте, не завжди усе відбувається так, як наведено вище. Сортуючи сміття, можна змінити його шлях на інший і більш сприятливий для усіх сторін. Сортовані побутові відходи відправляються не на сміттєзвалище, а на бази заготівельних компаній для досортування. Потім, усе це доставляють на заводи та комбінати з переробки вторсировини.

Тому сортувати сміття дуже важливо, але задля збільшення ефективності переробки відходів, потрібно покращені методи сортування з використанням математичних моделей. [2]

СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ СОРТУВАННЯ ТПВ

Математичну модель сортування ТПВ буде представлено на основі досліджень Донецької національної академії будівництва та архітектури, яка знаходиться у м. Макіївка.

Дослід був проведений на стенді, який імітує кузов сміттєвоза з гідроприводом, який пресує відходи для збільшення об'єму перевезення ТПВ та полегшення сортування. Стенд зображено на рисунку 2.

Рис. 2 Загальний вид стенду для пресування ТПВ:

1 - привід; 2 - рама стенда; 3 - ящик, що імітує кузов сміттєвоза; 4 - датчик виміру зусилля пресування; 5 - плита, що пресує; 6 - ЕОМ; 7 - блок живлення підсилювача;8 - контролер national instruments для перетворення сигналу; 9 - чотириканальний підсилювач;10 - блок частотного регулювання приводу.

В досліді було показано вплив пресування ТПВ під час перевезення у вантажівках на час сортування та послідовне вилучення фракцій. Було проведено дослід з використанням трьох ступенів стискання - 0, 2 та 4.

Рис. 3 Кінорама стискання ТПВ

Під час сортування першим потрібно відбирати папір, другим метал або пластик і в останню чергу скло. Залежність часу сортування від послідовності відбору фракцій ТПВ при різних ступенях стискання приведена в таблиці 2.

Таблиця 2 - Залежність часу сортування від послідовності відбору фракцій ТПВ при різних ступенях стискання.

З збільшенням ступені стискання ТПВ значно зростає час необхідний для сортування відходів, тобто необхідно відсортувати втор сировину поблизу міст збору, оскільки транспортування здійснюється сміттєвозами з підпресуванням у кузові.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ОЦІНКИ ЧАСУ, ЩО ВИТРАЧАЄТЬСЯ НА СОРТУВАННЯ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ

При проведенні експерименту використовується трьохфакторний план Бокса-Бенкіна. Рівні варіювання факторів при кожному ступені стискання наведено у таблиці 3.

Таблиця 3 - Рівні варіювання факторів при кожному ступені стискання

Після реалізації експериментальних досліджень була встановлена статистична однорідність дисперсій за критерієм Кохрена при рівні значущості 0,05. В результаті подальшої обробки даних експериментальних досліджень знайдені коефіцієнти регресії і складені моделі оцінки часу, що витрачається на сортування твердих побутових відходів, які після перевірки за критерієм Стьюдента значущості коефіцієнтів набули вигляду (відповідно для ступенів стискання 0, 2, 4):

• у = 39,44 + 2,542х1 + 1,208х3 - 3,875ххх2 - 2,875х2х3 + 31,245x1і + 8,432x2 + 1,04x2 ,(1)
• у = 68,24 + 3,5х1 + 1,667х3 - 4,25ххх2 - 3,5ххх3 - 2,083х2х3 + 13,254x2 + 10,114х| ,(2)
• у = 89,486 + 2,75х1 + 1,654х3 - 3,25ххх2 - 2,5ххх3 - 1,833х2х3 + 9,539x2 + 1,593x2 + 1,593х| .(3)

Для вивчення оптимальних значень параметрів за результатами експериментальних досліджень було застосовано методи канонічного аналізу. Визначено, що координати центрів гіперповерхонь становитимуть (відповідно для ступенів стискання 0, 2, 4):

х15 = -0,07671, х25 = -0,05445 , х35 = -0,07097, у = 39,01785,

х15 = 0,276831, х25 = 0,335137, х35 = 2,689689, у = 70,96631,

х15 = -0,90253, х25 = -2,43183, х35 = -2,6265, у = 86,07282.

Після визначення коренів характеристичного рівняння було встановлено, що рівняння (1) - (3) в канонічній формі матимуть вигляд:

у - 39,01785 = 1,01г2 + 32,216г22 + 7,492г32

у - 70,96631 = -0,394г2 + 14,418г2 + 3,346г32

у - 86,07282 = -0,729г2 + 8,86г2 + 3,869г2

Дослідження рівнянь регресій в канонічній формі дозволяє зробити наступні висновки:

При ступені стискання 0 поверхнею відгуку є параболоїд і в центрі фігури мінімум; при ступені стискання 2 та 4 поверхнею є двопорожнинний гіперболоїд і в центрі фігури -максимум.

Проаналізувавши отримані двовимірні перетини, можна зробити висновок: оптимальний режим роботи сортування ТПВ з використанням блокової установки будуть забезпечуватись, якщо час, що витрачається на сортування ТПВ, буде приймати значення (відповідно для ступенів стискання 0, 2 ,4):

1. Час на сортування металу 17,5 с, час на сортування паперу 18,7 с, на сортування пластику 23,3 с.

2. Час на сортування металу 21,3 с, час на сортування паперу 27,9 с, на сортування пластику 21,6 с.

3. Час на сортування металу 16,7 с, час на сортування паперу 24,8 с, на сортуваня пластику 1 с. [3]

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Тверді побутові відходи: джерела утворення та екологічний аспект проблеми [Електронний ресурс]. - 2020. - Режим доступу до ресурсу: https://osvita.ua/vnz/reports/ecology/21366/.

2. Шостак І. Куди йде сміття, яке ми сортуємо? [Електронний ресурс] / Ірина Шостак. - 2019. - Режим доступу до ресурсу: https://ua.112.ua/ statь/kudv-ide-smittia-iake-my-sortuiemo-498713 .html.

3. Пенчук В. О. ЕФЕКТИВНА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВОДЖЕННЯ З ТВЕРДИМИ ПОБУТОВИМИ ВІДХОДАМИ В МІСЦЯХ ЇХ СТВОРЕННЯ / В. О. Пенчук, В. М. Даценко, Т. В. Жмихова. // НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА. - 2012. - №2. - С. 7.

Размещено на Allbest.ru