Инфраструктура управления городскими отходами: как умные мусорные баки и станции переработки меняют чистоту города

Ежедневно города по всему миру производят миллионы тонн твердых бытовых отходов. Эффективное, действенное и устойчивое управление этими отходами является одной из определяющих задач современного городского управления. Видимым передним краем этой проблемы является сеть общественных мусорных баков и станций по переработке мусора, которые расположены на каждой улице, в парке, на площади и в общественных местах.

На протяжении десятилетий к общественным емкостям для мусора относились как к чисто функциональным предметам: металлические или пластиковые контейнеры, опорожняемые по установленному графику и заменяемые по мере износа. Результат был предсказуем: переполненные мусорные баки в оживленных районах, бесполезные поездки за мусором к полупустым мусорным бакам в более тихих местах, непоследовательное соблюдение требований по переработке мусора и постоянное недовольство граждан, которые считали грязные улицы свидетельством некомпетентности муниципалитетов.

Появление технологий умного управления отходами фундаментально меняет эту картину. Датчики уровня заполнения, солнечные системы уплотнения, платформы мониторинга в реальном времени и тщательно продуманные многосекционные станции переработки отходов превращают инфраструктуру общественных отходов из постоянного источника операционных разочарований в хорошо управляемую услугу, основанную на данных.

В этом руководстве рассматриваются технологии, принципы проектирования и эксплуатационные преимущества современных емкостей для общественных отходов, уделяя особое внимание интеллектуальным системам, которые представляют собой современный уровень техники. Мы удовлетворяем потребности директоров по управлению муниципальными отходами, групп по закупкам, специалистов по устойчивому развитию, а также менеджеров парков и объектов.

TONCOM производит контейнеры для общественных отходов и станции переработки отходов на открытом воздухе с 2009 года. Наш ассортимент включает в себя стандартные контейнеры для ручного опорожнения, уплотняющие устройства на солнечной энергии, модели с интеллектуальными датчиками и комплексные многокамерные станции сортировки мусора. В этом руководстве отражены уроки, извлеченные из тысяч установок в Китае и на международных рынках.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ: ПРОБЛЕМЫ С ОБЫЧНЫМИ МУСОРАМИ

1.1. Проблема сбора фиксированного расписания

Фундаментальная неэффективность традиционного управления государственными отходами заключается в том, что службы по сбору отходов работают по фиксированным графикам, которые не имеют никакой связи с фактической скоростью заполнения. Транспортные средства для сбора мусора ездят по фиксированным маршрутам в определенные дни независимо от того, заполнены или пусты контейнеры на этих маршрутах.

На практике контейнеры в оживленных местах переполняются задолго до запланированного сбора, тогда как контейнеры в более тихих местах собираются, когда они заполнены лишь на часть. Первый сценарий создает грязные улицы, переполненные мусорные баки и мусор, которые являются наиболее заметными индикаторами неудач в управлении отходами. Второй сценарий представляет собой чистые эксплуатационные отходы, когда транспортные средства, топливо и рабочая сила расходуются на ненужные поездки по сбору мусора.

Решение состоит не в том, чтобы просто чаще собирать сборы, поскольку это резко увеличивает затраты. Решение состоит в том, чтобы разумно собирать ресурсы и размещать их там, где они необходимы, когда они необходимы. Для этого требуются данные, в частности, данные об уровне заполнения в реальном времени из самих бункеров.

1.2 Загрязнение отходами и неудачная переработка

Муниципальные программы переработки отходов сталкиваются с хронической проблемой: даже при наличии отдельных контейнеров и услуг по сбору отходов загрязнение потоков переработки из-за неправильной утилизации отходов носит эндемический характер. Один-единственный неправильно утилизированный предмет, например, контейнер, испачканный пищевыми продуктами, может загрязнить всю кипу чистых вторсырья, сделав их бесполезными.

Проектирование общественных предприятий по переработке отходов оказывает существенное влияние на уровень загрязнения. Четкий, визуальный и интуитивно понятный дизайн контейнеров помогает пользователям правильно сортировать отходы. Отдельные отсеки с отверстиями особой формы, в которые принимаются только соответствующие предметы, уменьшают вероятность неправильной утилизации. Образовательная графика, объясняющая, что и куда следует делать, устраняет недостаток знаний.

Открытая станция переработки отходов с отдельными отсеками для программ сортировки муниципальных отходов представляет собой современный лучший опыт проектирования общественных предприятий по переработке отходов. При правильном проектировании и расположении эти объекты могут обеспечить уровень загрязнения значительно ниже, чем в обычных мусорных баках для смешанной переработки.

1.3 Гигиена и контроль запаха

Полные или переполненные контейнеры создают проблемы с гигиеной и создают запахи, неприятные для близлежащих предприятий и жителей. В жарком климате органические отходы быстро разлагаются, создавая серьезный запах и проблемы с привлечением вредителей в течение нескольких часов после того, как мусорное ведро достигнет своей емкости.

Конструкция бункера может решить эти проблемы. Полностью закрытые блоки с самозакрывающимися крышками предотвращают доступ птиц и грызунов, уменьшают запахи и сохраняют чистый внешний вид. Антимикробные покрытия на внутренних поверхностях уменьшают рост бактерий. Правильная конструкция дренажа предотвращает застаивание воды внутри контейнеров.

Технология солнечного уплотнения решает фундаментальную проблему, сокращая объем отходов до 80 процентов, позволяя хранить гораздо больше отходов в том же физическом пространстве. Это увеличивает эффективную емкость каждого бункера и значительно снижает частоту переполнения.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ: ТЕХНОЛОГИЯ SMART SENSOR ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

2.1 Датчики уровня заполнения

В основе интеллектуального управления отходами лежит определение уровня заполнения: технология, которая измеряет степень заполнения каждого контейнера и передает эту информацию на центральную платформу управления в режиме реального времени.

Для этого приложения используются несколько сенсорных технологий. Ультразвуковые датчики, установленные в верхней части контейнера, измеряют расстояние до поверхности отходов, рассчитывая процент заполнения путем вычитания из известной глубины контейнера. Инфракрасные датчики работают по аналогичному принципу с другой технологией измерения расстояния. Датчики веса измеряют массу мусора в контейнере, которая коррелирует с уровнем заполнения. Системы на базе камер используют анализ изображений для оценки уровня заполнения на основе визуальных данных.

Каждая технология имеет разные характеристики стоимости, точности и обслуживания. Ультразвуковые датчики получили наиболее широкое распространение, поскольку они предлагают хороший баланс точности, надежности и стоимости. Интеллектуальный сенсорный мусорный бак TONCOM для открытых общественных мест с системой полного оповещения использует ультразвуковой датчик уровня заполнения в качестве основного датчика, дополненный датчиками температуры и запаха, которые определяют условия, указывающие на то, что мусорный бак требует срочного внимания.

2.2 Системы связи

Данные уровня заполнения полезны только в том случае, если их можно надежно передать на платформу управления. Варианты связи включают сотовую передачу данных (GSM/3G/4G/5G), которая обеспечивает широкое покрытие без необходимости использования местной инфраструктуры, LoRaWAN и другие технологии глобальной сети с низким энергопотреблением (LPWAN), которые обеспечивают более низкое энергопотребление и более низкую стоимость данных, чем сотовая связь, NB-IoT (Узкополосный IoT), стандарт сотовой связи с низким энергопотреблением, специально разработанный для приложений IoT, и соединение Wi-Fi, когда место хранения имеет доступ к существующей инфраструктуре Wi-Fi.

Выбор технологии связи зависит от масштаба развертывания, плотности установки, наличия покрытия различных сетевых провайдеров и бюджета мощности системы. Для большинства муниципальных сетей сотовая связь или NB-IoT являются наиболее практичным и надежным решением связи.

2.3 Системы питания для умных контейнеров

Для непрерывной работы датчиков, модулей связи и дисплеев требуется надежный источник питания. Контейнерами с питанием от сети легко управлять в местах с доступным источником питания, но большинство мест на открытом воздухе не расположены близко к электросети.

Питание от батареи подходит для конфигураций с низким энергопотреблением, состоящих только из датчиков, при этом батареи обычно требуют замены каждые 12–24 месяца. Солнечная энергия является наиболее привлекательным долгосрочным решением для большинства объектов на открытом воздухе: небольшая солнечная панель на крышке контейнера может обеспечить достаточную энергию для всех функций датчиков и связи в большинстве климатических условий, устраняя необходимость в замене батарей или подключении к сети электропитания.

Интеллектуальный сенсорный мусорный бак TONCOM для открытых общественных мест с полной системой оповещения включает в себя солнечную панель с резервным аккумулятором, обеспечивающую автономность электропитания, которая сохраняется в течение длительных пасмурных периодов без ручного вмешательства.

2.4 Программное обеспечение платформы управления

Ценность интеллектуальных контейнеров реализуется с помощью программного обеспечения платформы управления, которое объединяет данные датчиков, генерирует рекомендации по сбору, управляет оповещениями и предоставляет аналитическую информацию.

Ключевые функции комплексной платформы управления отходами включают в себя:

Панель мониторинга уровня заполнения в режиме реального времени, показывающая состояние каждого контейнера в сети, обычно отображается в интерфейсе географической карты. Оптимизация маршрута сбора на основе текущих уровней заполнения и прогнозируемых показателей заполнения, создание эффективных маршрутов, которые сводят к минимуму поездки и при этом исключают переполнение контейнеров. Система оповещения, которая уведомляет руководителей, когда контейнеры достигают критического уровня наполнения, работают со сбоями или обнаруживают аномальные значения температуры или запаха. Инструменты анализа исторических данных, которые определяют модели использования, сезонные тенденции и местоположения, в которых постоянно имеются избыточные или недостаточные мощности по сравнению с текущими запасами. Инструменты отчетности, которые генерируют ключевые показатели эффективности для управленческой отчетности и соблюдения нормативных требований.

Платформа управления Интернетом вещей TONCOM совместима со стандартными форматами интеграции API, что позволяет обмениваться данными с существующими системами управления муниципальными активами и ГИС.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ: СОЛНЕЧНЫЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ БАНКИ

3.1 Как работает солнечное уплотнение

Контейнер для мусора, уплотняемый солнечной энергией, для городских центров с интенсивным пешеходным движением напрямую решает проблему емкости, уменьшая объем выбрасываемых отходов за счет механического уплотнения.

Система работает следующим образом: когда отходы помещаются в контейнер, датчик обнаруживает их добавление и запускает цикл уплотнения. Уплотняющая плита с гидравлическим или электрическим приводом опускается в камеру для отходов, прижимая отложенные отходы к основанию и бокам камеры. Затем уплотняющая пластина возвращается в исходное положение. Этот цикл повторяется с каждым новым складированием отходов, а также периодически для консолидации ранее уплотненных отходов, которые могли расшириться.

В результате контейнер может вместить в четыре-восемь раз больше мусора, чем эквивалентный неуплотняющийся контейнер. В оживленном центре города это может увеличить время между необходимыми вывозами с нескольких часов до нескольких дней, значительно сокращая количество необходимых поездок за вывозом.

3.2 Требования к электропитанию и солнечное решение

Механизм уплотнения требует значительной электроэнергии, поэтому ранние версии этой технологии были ограничены установками с питанием от сети. Технология солнечной энергии в настоящее время продвинулась до такой степени, что установленная на крыше солнечная панель может надежно питать механизм уплотнения в большинстве климатических условий.

В мусорном баке TONCOM для уплотнения солнечных батарей для городских центров с интенсивным пешеходным движением используется высокоэффективная монокристаллическая солнечная панель, размер которой обеспечивает достаточное количество энергии даже в зимние месяцы в средних широтах. Система хранения литиевых батарей обеспечивает автономность в периоды низкой выработки солнечной энергии и работы в ночное время. Система включает в себя сложный контроллер управления питанием, который максимизирует сбор энергии, контролирует состояние батареи и регулирует частоту уплотнения в зависимости от доступной мощности.

3.3 Емкость, размеры и интерфейс сбора данных

Контейнеры для уплотнения на солнечной энергии обычно больше и тяжелее обычных контейнеров, что влияет как на их размещение, так и на логистику сбора. Стандартные размеры агрегата обычно составляют от 600 до 800 мм в ширину, от 600 до 800 мм в глубину и от 1200 до 1400 мм в высоту.

Для сбора из уплотняемых контейнеров обычно используется система «мешок в мешке»: большой внутренний мешок-вкладыш вставляется в начале цикла сбора и удаляется, когда контейнер сообщает, что он заполнен. Это упрощает процесс сбора, сокращает время, которое работнику по сбору необходимо проводить у каждого контейнера, и поддерживает гигиену, удерживая отходы в мешке на протяжении всего процесса.

Большинство систем уплотняющих бункеров оснащены функцией автоматической блокировки дверцы во время уплотнения для предотвращения травм, а также функцией ручного управления для доступа для обслуживания.