Modeliranje ekološko-energetskih i ekonomskih performansi održivih tehnologija upravljanja čvrstim otpadom

Abstract

Definisanje optimalnog i održivog sistema upravljanja komunalnim čvrstim otpadom na lokalnom nivou predstavlja veoma složen zadatak pri čijem se rešavanju donosioci odluka suočavaju sa brojnim izazovima i usaglašavanjem niza protivurečnosti. Najveći napori prilikom projektovanja ovakvih sistema su usmereni ka minimizaciji negativnih uticaja na životnu sredinu, unapređenju energetske efikasnosti, kao i ekonomskoj održivosti rešenja. Osnovni naučni cilj ove disertacije je formiranje efikasne metodologije i algoritma za procenu i izbor održivih tehnologija upravljanja komunalnim čvrstim otpadom u gradovima i opštinama Republike Srbije. Sama metodologija je bazirana na principu višekriterijumskog odlučivanja (VKO) i primeni metode Ocenjivanja životnog ciklusa (LCA). Definisanje osnovnih ulaznih parametara, odnosno sastava i generisanih količina komunalnog otpada, predstavlja praktično početnu fazu rešavanja postavljenog zadatka. U tom smislu, detaljno je prikazano stanje u sektoru upravljanja otpadom u Republici Srbiji i gradu Kragujevcu. Nakon definisanja osnovnih ciljeva, procene potrebne infrastrukture i predviđenih tehnologija tretmana dat je predlog većeg broja alternativnih rešenja za sisteme upravljanja otpadom na gradskom i regionalnom nivou. Modeliranje scenarija upravljanja sprovedeno je u skladu sa strukturom tri primenjena softverska alata (DSS, IWM2 i EASETECH). Valorizaciji i rangiranju alternativnih opcija kao i samom izboru optimalne varijante, prethodilo je definisanje i izbor relevantnih kriterijuma. Kroz varijacije vrednosti rejtinga pojedinih kriterijuma analiziran je mogući obim uticaja raznih zainteresovanih strana uključenih u proces odlučivanja. Takođe, izvršene su i dopunske simulacije za tri karakteristična sastava otpada različitog geografskog porekla, sa ciljem sagledavanja eventualnih uticaja na rangiranje užeg kruga izabranih scenarija. Najbolje ocenjeni scenariji predviđaju kompostiranje kao opciju tretmana biološkog dela otpada, kao i instalaciju postrojenja za sekundarnu separaciju ambalažnog otpada. Takođe, ovi scenariji uključuju i mehaničko‐biološki tretman mešanog dela komunalnog otpada kao i energetsko iskorišćenje RDF i SRF frakcija. Dodatno vrednovanje, pre svega ekoloških karakteristika pojedinih tehnologija tretmana i scenarija upravljanja, realizovano je kroz primenu LCA softverskih alata. Posebna pažnja, pored ostalih standardnih kategorija uticaja, posvećena je faktoru globalnog zagrevanja (GWP). U ovom delu disertacije sproveden je i postupak VKO na bazi rezultata dobijenih kroz LCA kalkulacije odabranih parametara. Formirana metodologija izbora optimalnih sistema upravljanja komunalnim čvrstim otpadom poseduje veliku fleksibilnost u pogledu mogućnosti njene primene na bilo koju lokalnu samoupravu na teritoriji Republike Srbije.

Defining the optimal and sustainable municipal solid waste management system at the local level is a very complex task. In solving this problem, decision makers must face a number of challenges and coordinate a series of contradictions. The greatest efforts when designing such systems are aimed at minimizing negative impacts on the environment, improve energy efficiency as well as economic sustainability solutions. The aim of research in this thesis is the establishment of an effective methodology and algorithms for the evaluation and selection of sustainable technologies for municipal solid waste in cities and municipalities of the Republic of Serbia. The developed methodology is based on the principle of multi‐criteria decision making (MCDM) and application method of Life cycle assessment (LCA). Definition of basic input parameters, concerning generated waste quantity and composition, represent the initial stage of solving the task. In this regard, the detailed analyze of the current waste management sector in the Republic of Serbia and the city of Kragujevac was carried out. After defining the objectives and assessing the necessary infrastructure and treatment technologies a numerous of alternative solutions for waste management systems at city and regional level were given. Modeling of scenarios was conducted in accordance with the structure of the three applied software tools (DSS, IWM2 and EASETECH). Definition and selection of relevant criteria preceded evaluation and ranking of alternative options as well as the choice of the optimal variant. Through variations of the rating of some criteria the possible extent of the impact of the various stakeholders involved in the decision‐making process were analyzed. In addition, some extra simulations for three typical waste composition of different geographical origin were made, in order to examine the possible impact on the ranking of the selected scenarios. The highest rating scenarios include composting of organic waste components as well as the installation of facilities for secondary separation of packaging waste. Also, these scenarios include mechanical‐biological treatment of municipal waste and energy utilization of RDF and SRF factions. In addition, evaluation of environmental characteristics of treatment technologies and scenarios has been realized through the application of LCA software. Among standard impact categories the emphasis was on global warming potential factor (GWP). This part of the thesis was dedicated to MCDM procedure based on the results obtained through LCA calculations of selected parameters. The methodology for selection of optimal waste management system developed within this thesis has got a great level of flexibility in terms of its applicability to any local government in Republic of Serbia.