Системный анализ и проектирование рециклинга

Идеи устойчивого развития применительно к проблеме отходов означают производство и использование рециклируемой продукции с нулевым потоком на захоронение. На смену философии « cradle to grave» («от колыбели до могилы») приходит новая – « сradle to cradle ») или «C2C-цикл» [1], опирающаяся на оценку жизненного цикла (ОЖЦ) и рециклинг [2]. В современных урбосистемах рециклинг выполняет инфраструктурную функцию, содержание которой выходит за рамки «обращения с отходами». Традиционный отходоцентрический подход (ОЦП) эволюционно замещается циклоцентрическим (ЦЦП). Рециклинг определяется как сеть циклов, в которой отход является одним из состояний материального объекта на одной из стадий его ЖЦ. Объекты управления – процессы в элементах сети рециклинга (СР) и сами сети. Под элементами понимаются продукционные, потребительские и регенерационные единицы, под связями – непрерывные и дискретные потоки веществ, материалов, изделий. Сеть циклов в силу системного свойства эмерджентности приобретает свойства, не присущие её отдельным элементам. Возникают новые эффекты, способствующие формированию метапромышленности рециклинга. Отправной точкой является системное определение рециклинга

Sdef ≡ < Z, STR, T ECH, COND > где Z = {z} – совокупность или структура целей, STR = {STRпр, STRор } – совокупность структур, реализующих цели рециклинга – производственная, организационная и т.п.; TECH = {meth, means, alg, …} – совокупность технологий (методы meth, средства means, алгоритмы alg и т.п.), реализующих рециклинг; COND = {φex, φin } – условия существования рециклинга, т.е. факторы, влияющие на его создание и функционирование, включая экологические аспекты, (φex – внешние, φin – внутренние).

Раскроем составляющие применительно к медицинским отходам:

• -    z 1 – безопасное функционирование, z 2 – сохранение и рациональное использование ценных ресурсных составляющих, z 3 – минимизация эмиссий в окружающую среду на всех стадиях ЖЦ, z 4 – минимизация использования опасных веществ и материалов на всех стадиях ЖЦ, z 5 – минимизация общего объема используемых ресурсов на всех стадиях ЖЦ изделий и отходов;

• -    str пр,1 ; str пр,2 ; str пр,3 – цепочка производственных структур получения сырья, материалов, компонентов, обеспечивающих изготовление продукции медицинского назначения (полимеров, пластмасс на их основе, спецоборудования, фармпрепаратов, стерильной упаковки, …), а также производственных структур операторов обращения с медицинскими отходами;

• -    str ор,1 ; str ор,2 ; str ор,3 – цепочка организационных структур поддержки функционирования рециклинга (федерального, регионального, муниципального, отраслевого, профессионального);

• -    meth – методы стандартизации, менеджмента, профилактики, диагностики, лечения, протезирования и так далее;

• -    means – медицинское оборудование, инструменты, фармпрепараты, техника общего и специального назначения, инсинераторы, автоклавы, дробилки, агрегаты комплексной обработки и переработки медотходов, средства логистики (упаковка, специализированные контейнеры и транспорт);

• -    alg – алгоритмы диагностики, автоматизации хозяйственно-административных функций, распознавания параметров и движения отходов;

• -    φ in – внутренние условия существования рециклинга (профиль, масштаб и традиции медучреждения; финансирование и структура бюджета, квалификация основного и вспомогательного персонала, как профессиональная, так и в области ресурсосбережения, уровень и дифференциация оплаты труда);

• -    φ ex – внешние условия существования рециклинга (преобладающая заболеваемость и её структура, социальный состав, уровень доходов и образ жизни населения, инфраструктура и уровень технической базы территории).

  

  Рис. 1. Общий алгоритм проектирования рециклинга

  
  

Системный анализ позволяет представить любой отход и вторичный ресурс множеством атрибутов у = <у 1, у2, .., yk, ., у>>, реализуемых на множестве их возможных значений Y. Запись у е Y соответствует характеристикам отхода -атрибуты качества, количества, географические координаты, условия поставок и другие. Симметрично, требования потенциального потребителя отхода t = <11, 12, ..., tk, ., tl> реализуются на множестве их значений Т (технические условия на сырье, и т.д). Таким образом, запись t е T будет соответствовать рассмотрению возможного значения требований потенциального потребителя отхода. На этой основе предлагаются логические определения: 1) отхода R' ^ YПT, 2) вторичного сырья R'е YП T и 3) принципа организационно-технического взаимодействия Y ^ Т для совместного решения общей проблемы в технологии-источнике и технологии-потребителе отхода. При использовании вторичного ресурса в закрытом i-контуре рециклинга должно выполняться условие Ri ∈Yi ∩ Ti . Не соответствующий этому условию материальный поток выводится во внешний контур, каскад контуров, цепь последовательного использования, завершаемую ассимиляционными технологиями, а также на сжигание с полезным использованием энергии, что в совокупности формирует СР.

Структурный синтез СР является наиболее сложной задачей проектирования и основывается на изучении вариантов топологии с использованием упорядоченных комбинаций элементов. Анализом многочисленных технических и сетевых решений выделены простейшие типовые структуры рециклинга [3], универсальность которых создает общетеоретическую основу проектирования СР (рис. 1), распространяясь на медицинские отходы. Структуру сети определяет объект рециклинга. Идентичность многих отходов приводит к появлению родственных технологий и возникновению изоморфных структур рециклинга.

Это позволяет иметь стандартные решения. В здравоохранении такие структуры относятся, прежде всего, к общим отходам (макулатура, электронные и электроприборы, металлолом и т.п.), но всё более распространяются на медицинские. Например, рециклинг ксенона в анестезии изоморфен в силу локальности процессов. Информационную поддержку в проектировании СР обеспечивает Европейского бюро по комплексному предотвращению и контролю загрязнения ( The European Integrated Pollution Prevention and Control Bureau – EIPPCB ), выпускающее справочные документы по наилучшим имеющимся методам ( reference documents on Best Available Techniques - BREFs ).

Новой областью рециклинга в здравоохранении становится репроцессинг медицинского оборудования, который является аналогом рема-нуфактуринга в машиностроении и других отраслях. Американская медицинская ассоциация ( ASHCSP ) определяет репроцессинг ( reprocessing ) как любой процесс обработки ранее использованного медицинского изделия, который полностью возвращает его характеристики в целях повторного применения.

Рис. 2. Проектные альтернативы рециклинга полипропилена шприцев

Звенья : 0 – использование шприцев; 1 – стерилизация; 2 – разборка; 3 – дезинтеграция игл; 4, 11, 19 – захоронение на полигоне; 5 – дробление; 6 – экструзия дробленки в «щетину»; 7 – резка «щетины»; 8 – упаковка; 9 и 10 – изготовление и использование ритуальных изделий (РИ); 12 и 13 – изготовление и использование контейнеров; 14 – изготовление автокомпонентов АК (коврики, уплотнители, вентиляционные патрубки) 15 – использование АК при сборке и эксплуатации автомобилей; 16 – разборка автомобилей в авторециклинге; 17 – изготовление шнура плетеного (ШП); 18 – использование ШП.

Материальные потоки : 1 – шприцы использованные; 2 – шприцы стерилизованные; 3 – иглы инъекционные; 4 – дробленка игл; 5 – корпус шприца; 6, 12, 15 – дробленка ПП; 7 – «щетина» ПП; 8 – нарезка «щетины»; 9 – товарная «щетина»; 10 - РИ; 13 – контейнеры; 14 – дефектные использованные контейнеры; 16 – АК; 17 – использованные АК в составе автомобилей (авторециклинг); 18 – демонтированные АК.

Иллюстрацией системного подхода к проектированию СР может служить топологическое представление альтернатив рециклинга полипропилена шприцев (рис. 2). Согласно общей теории рециклинга медучреждение является ре-циклером 1-й ступени, отвечающим за стерилизацию. Последующие операторы рециклинга являются рециклерами 2-й, 3-й и т.д. ступеней.

Одна из технологий утилизации шприцев включает две безконтурных параллельных цепи процессов (по дугам): 2-3-4 и 2-5-6-…-11. Полученная «щетина» используется в качестве искусственной хвои в венках, применяемых для оказания ритуальных услуг. Все альтернативы, в том числе с циклами 12-13-14 и 15-16-17-18 рассматриваются с учетом законодательства, материального баланса и экономики.

На основе ЦЦП для развития государственного механизма регулирования процессов перевода отхода во вторичный ресурс и создания ресурсосберегающих циклов «сырье – продукция – отход – сырье'» нами разработан национальный стандарт, связывающий Федеральный классификационный каталог отходов и Общероссийский классификатор продукции.

Российский Центр развития государственно-частного партнерства видит решение в подготовке и реализации комплексного межрегионального инвестиционного проекта по строительству современных мусороперерабатывающих заводов со специальными цехами для переработки медицинских отходов. Это согласуется с намерениями Корпорации развития Самарской области по строительству подобного завода для Самарско-Тольяттинской агломерации, что может позволить включить медицинские отходы в кластерную модель развития рециклинга. Общие принципы интеграции технического базиса рециклинга реализуются областной целевой программой «Совершенствование системы обращения с отходами производства и потребления и формирование кластера использования вторичных ресурсов на территории Самарской области» на 2010-2012 годы и на период до 2020 года. Основы механизма государственной поддержки кластеров рециклинга изложены на Парламентских слушаниях.