Исследование и перспективы развития подземного пневмотранспорта для сбора отходов в Москве



Проблема отходов стала сегодня одной из самых важных экологических проблем, с которой столкнулось человечество. Ежегодно в Москве образуется около 25 млн. тонн отходов производства и потребления, которые требуют сбора и утилизации в специальные полигоны, мусоросжигательные заводы и заводы для переработки мусора [1]. Рост объемов отходов, повышение гигиенических и бытовых требований, а также защита окружающей среды накладывают дополнительные требования к системе управления отходами. Существуют различные способы улучшения устаревших систем, одной из которых является использование подземного пневмотранспорта для сбора и утилизации мусора.

К сожалению, несмотря на успешное использование подземного пневмотранспорта отходов в мире, в России в настоящее время такой способ не используется и существующая система сбора и утилизации мусора требует улучшений. Поэтому работа, направленная на развитие альтернативных способов сбора и утилизации отходов является актуальной.

Целью работы является анализ существующих подземных пневмосистем для сбора и утилизации отходов и разработка рекомендации по использованию данной системы в Москве, учитывая особенности инфраструктуры города.

Анализ существующих подземных пневматических систем сбора мусора.

Пневматические системы трубопроводов за счет разницы давлений перемещают твердые бытовые отходы (ТБО) в центральные точки сбора (терминалы), где отходы уплотняют, герметизируют в контейнеры и затем транспортируют к переработке или захоронению. Мусор попадает в пневматическую систему с помощью специальных урн для мусора, которые расположены в зданиях или на открытом воздухе. Отходы в урнах собираются на дне, пока не достигнут значения, которое необходимо для транспортировки в терминалы. Автоматизированная система позволяет управлять сбором определенных видов мусора в нужное время. Когда отходы поступают в терминал, они попадают в циклонный сепаратор, который осаждает на дне твердые частицы мусора и уплотняет их, в то время как воздух попадает в фильтр. Фильтрующая ткань удаляет пыль и примеси, прежде чем выбросить использованный воздух в атмосферу. На рисунке 1 показана схема, которая иллюстрирует основную концепцию работы пневматической системы. Размер и эффективность терминала зависят от длины и геометрии труб, количества приемов, а также от объема и рода мусора. Одним из улучшений системы является сбор раздельного мусора и его транспортировка в определенные сепараторы. Такая система является более дорогостоящей и требует дополнительного оборудования. Также за последние десять лет пункты приема стали оснащать магнитными картами и дисплеями, которые регистрируют объем отходов.

Рис. 1. Схема подземной пневматической системы сбора отходов

Проведённый обзор подземного пневмотранспорта для отходов показал, что в настоящее время существует значительное количество разнообразных конструкций и видов систем сбора. Результат обзора конструкций представлен в таблице 1 [2].

Таблица 1

Обзор существующих видов подземного пневмотранспорта для сбора мусора

Место игод	Характеристики
Остров Рузвельт г. Нью-Йорк, США с 1975 г.	16 жилых комплексов оснащены приемниками мусора на каждом этаже здания. Сбор отходов осуществляется 5 раз в день в 2 терминалах на острове. Система может осуществлять сбор 10 тонн отходов в час. Главные преимущества: устранены работы грузовиков в узких густонаселенных улицах города. Не существуют грязные, негигиеничные контейнеры. Система работала даже в экстренных ситуациях, когда в других городах сбор мусора был приостановлен из-за погодных условий.
Мир Диснея, г. Орландо, США с 1970	Круговой сбор мусора 24 часа в сутки охватывает все пункты парка площадью 1, 2 млн. м2. Самый длинный путь для от пункта до терминала — 2 км.
г. Вембли, Великобритания с 2008	42000 квартир, магазинов, отелей соединены 2,5 км трубой для сбора мусора. Сбор осуществляется несколько раз в день, когда необходимо, либо когда урна заполнена до предельного значения. Система рассчитана на сбор 160 тонн/неделя. 252 урны установлены рядом со зданиями. Раздельный сбор мусора включает в себя: остатки, органические отходы, бумагу и картон. Автоматическая система управления давлением в трубе позволяет удаленно справляться с заторами. В итоге система позволила уменьшить использование мусоровозов на 75 %, использовать 1865 м2 для 62 парковочных мест. Также уменьшить выбросы СО2 в атмосферу на 400 тонн в год.
Остров Яс ОАЭ	5,3 км трубы соединяют 43 пункта приема мусора в развлекательных, спортивных местах, прогулочных улицах и здания. Система собирает 40 тонн/день в двух терминалах: органические отходы и то, что может быть переработано (бумага, стекло, пластик). Максимальная длина от урны до терминала — 2,9 км. Сбор осуществляется по надобности. Имеется возможность собрать отходы со всех пунктов сразу, либо отдельно.
Леон, Испания с 2002 г.	13 км соединяют 71 пункта приема мусора в жилых домах, барах, ресторанах. Ежедневно обслуживаются 4000 жителей, осуществляется сбор 10 тонн/день. Два вида мусора: органические отходы, бумага/картон. Сбор стекла не осуществляется. Стоимость строительства — 5,2 млн. руб. Также обслуживание — 100 000 евро в год.
Г. Романвиль, Франция, с 2008 г.	4,1 км трубопроводов соединяют 179 пунктов, обслуживающих 4600 жилых помещений, в которых проживают 9000 жителей. Сбор отходов в терминалы происходит 2–3 раза в день в автоматическом режиме. Необходимо 45 мин, чтобы опустошить все урны. Система собирает 12 тонн/день три вида отходов: органические отходы, бумага/картон и другие остатки. В итоге система позволила уменьшить использование мусоровозов на 60 %,
Мекка, ОАЭ, с 2003 г.	Особенность: при больших мероприятиях невозможно собирать отходы в пешеходных зонах. 600 пунктов 20 км трубопровода, общей площадью 4500 м3, 600 тонн/день. Самая быстрая скорость в мусоропроводе, которая достигает 100 км/ч за счет малого диаметра трубы 200–300 мм. Самый длинный путь от урны до терминала составляет 4 км. Круговое расположение трубопровода.
Г. Гаммарби, Швеция с 1990 г.	16 км трубы обслуживают 650 пунктов сбор мусора 13000 апартаментов по 15 тонн/день.
Г. Барселона, Испания С 1992 г.	На данный момент 480 пунктов обслуживают 16000 жилых апартаментов, ресторанов, магазинов и отелей.

Анализ существующих видов подземного пневмотранспорта для отходов позволил выделить преимущества и недостатки данной системы и привести их в Таблице 2.

Таблица 2

Преимущества инедостатки использования подземного пневмотранспорта для сбора мусора

Преимущества	Недостатки
Уменьшение трат на транспортировку мусора и обслуживание	Высокие траты на строительство
Возможность осуществлять сбор всех видов ТБО	Невозможно осуществлять сбор крупногабаритных отходов и стекло
Гибкая система с возможностью адаптироваться к изменениям	После установки гибкость системы снижается
Сведение к минимуму использование мусоровозов в городских районах	Использование автомобильного транспорта не исключается
Уменьшение акустического, экологического загрязнения воздуха. Гигиеничность.	Риск образования заторов в трубе
Освобождение надземного пространства	Требуется подготовка общества к правильному сбору мусора
Повышенная безопасность работников (гигиена, несчастные случаи)	Требуется подготовленный персонал
Работа в любую погоду и в экстренные ситуации

Анализ существующих видов подземного пневмотранспорта для отходов позволил выделить классификационные признаки и разработать классификацию подземного пневмотранспорта, представленную в таблице 3. Классификационные признаки можно разделить на 4 блока: признаки, касающиеся расположения, размера трубопровода, пунктов приемов и вида отходов.

Таблица 3

Классификация подземного пневмотранспорта для сбора мусора

Классификационный признак	Значение классификационного признака
Расположение трубопровода	Круговое		Звездообразное				Разветвленное			Комбинированное
Вид отходов	Сортированные										Несортированные
	Органический мусор	Бумага, картон			Пластик			Стекло
Расположение пунктов приемов	В здании					На открытой поверхности
	На одном этаже	На нескольких
Сбор мусора	Автоматическое								Ручное
	В определенное время			По мере заполнения урн					По запросу
Управление давлением в трубопроводе	Управляемое					Фиксированное
Диаметр трубопровода	200–300 мм					400–500 мм

На сегодняшний день рациональное использование пространства является ключевым вопросом в сфере достижения экологически чистой и устойчивой инфраструктуры, к которой стремится человечество. Таким образом, многие объекты в городских районах, которые трудно, невозможно, экологически нежелательно или даже менее выгодно для установки над землей могут быть в будущем будут перемещены под землю, освобождая ценное пространство поверхности для других целей и повышение условий жизни в городах. Москва не является исключением и к концу 2016 года Правительство Москвы собирается завершить сбор данных подземного пространства и разработать общий план подземной Москвы для дальнейшего использования данной базы для оптимизации подземной инфраструктуры и использования данных при проектировании новых сооружений [3]. Следовательно, использование подземной инфраструктуры Москвы имеет большие возможности и требует более оптимизированного использования.

Подземный пневмотранспорт для отходов широко используется в густонаселенных местах, где движение мусоровозов желательно сократить. Также внедрение данной системы рекомендуется в местах, инфраструктура которых может быть изменена без потерь или внедрить данную систему в начале конструирования.

По функциональному использованию территория города Москвы подразделяется на селитебную, производственную, ландшафтно-рекреационную зоны [4]. Подземную пневмосистему целесообразно устанавливать на селитебной территории города Москвы, основываясь на опыте зарубежного использования системы. Разветвленный трубопровод позволит охватить большую площадь. Общую протяженность трубопровода одной системы рекомендуется ограничить 16 км.

Исторические части города и районов включены в план мероприятий по освоению подземного пространства и развития подземной урбанизации Москвы до 2025 года [5]. Использование системы поможет предотвратить переполнение урн во время крупных мероприятий, когда движение наземного транспорта затруднено. Следовательно, лучшим вариантом будет использование системы в исторических частях города, где периодически производятся массовые мероприятия, движение наземного транспорта затруднено и освоение подземного пространства запланировано.

Использование зауженных трубопроводов 200–300 мм позволит увеличить скорость перемещения отходов, а также эргономично использовать подземное пространство. Образование наземных пробок — частое явление в Москве, которое возникает в часы пик, а также из-за различных ремонтных работ, аварий и погодных условий. Мусоровозы часто попадают в аварии и неблагоприятно влияют на экологию города. Внедрение подземного пневмотранспорта для сбора отходов может уменьшить потребность в мусоровозах на 60–75 %, что благоприятно может повлиять на экосистему города. Система будет работать и в экстренные ситуации, когда например, выпадет много снега, которое затруднит движение наземного транспорта. Рекомендуется использовать удаленное управление давлением воздуха в трубе для предотвращения заторов, а также установить раздельный сбор мусора в урнах: органические отходы и те, которые можно переработать (бумага, картон).

Заключение.

В результате работы получены следующие результаты:

1. Проведен литературный обзор существующих подземных пневмотранспортных систем для сбора и утилизации отходов;
2. На основе анализа выявлены классификационные признаки и разработана классификация конструкций систем;
3. В результате анализа приведены рекомендации по использованию данной системы в Москве, учитывая особенности инфраструктуры города.

Литература:

1. https://ria.ru/moscow/20120427/636585947.html
2. Kaliampakos D., Benardos A. Underground Solutions for Urban Waste management: Status and Perspectives // ISWA. 2013. P. 22–32.
3. http://stroi.mos.ru/articles/podziemnaia-moskva-plan-inzhieniernykh-kommunikatsii-ghoroda-poiavitsia-k-kontsu-2016-ghoda
4. Дунаевский Н. Д., Каммерер Ю. Ю., Щербаков В. В. Этажи подземных улиц // Городское хозяйство Москвы. 1986. № 6/86.
5. http://asm.rusk.ru/09/asm1/asm1_8.htm