Model produkce a nakládání s komunálními odpady

Model produkce a nakládání s komunálními odpady Mgr. Jiří Kalina, Prof. RNDr. Jiří Hřebíček, CSc. {kalina,hrebicek}@iba.muni.cz Souhrn V příspěvku je stručně představen nový komplexní matematický model prognózy produkce a nakládání s komunálními odpady (KO), který byl vyvinut po potřeby jejich prognózování. Sestává ze dvou submodelů: submodelu produkce KO a submodelu nakládání s KO. Submodel produkce KO byl vytvořen jako multidimesionální lineární model produkce KO v obcích, který závisí na socioekonomických parametrech, které byly kalibrovány na vzorku dat z ročních hlášení 6250 obcí České republiky o produkci a nakládání s KO. Submodel nakládání s KO byl vytvořen pomocí soustavy 72 nelineárních rovnic, kde byly zohledněny toky a subtoky odpadů v KO, způsoby jejich nakládání, potenciál zařízení v ČR a legislativní požadavky. Tento komplexní matematický model přinesl nové nástroje na podporu rozhodování pro Ministerstvo životního prostředí ČR pro oblast odpadového hospodářství (např. národní zákonodárství, dotační management, budování nových zařízení atd.) a byl použit pro nový Plán odpadového hospodářství v České republice pro období 2015-2024. Rovněž je možno jej použít pro všechny členské státy Evropské unie. Klíčová slova: komunální odpad, modelování, prognóza, odpadové toky, produkce odpadů, nakládání s odpady, SKO, BRKO

1. Úvod V roce 2013 byla vypracována pro Ministerstvo životního prostředí (MŽP) prognóza produkce a nakládání s komunálním odpadem v České republice (ČR) v desetiletém horizontu (do roku 2024), která vychází z vlastního výzkumu realizovaného na Masarykově universitě v Brně na Přírodovědecké fakultě v Institutu biostatistiky a analýz (IBA MU) a Centru pro výzkum toxických látek v prostředí (RECETOX MU) v letech 2008 – 2013. Nový matematický model, který byl vytvořen na základě dlouhodobého výzkumu v oblasti modelování a analýz odpadového hospodářství na pracovištích IBA MU a RECETOX MU, byl dopracován na základě smlouvy o dílo mezi MŽP a IBA MU v roce 2013. Model slouží k prognózování produkce a nakládání následujících odpadových toků v období 2013–2024: 1) 2) 3) 4) 5)

komunální odpady (zkratka KO); směsný komunální odpad (zkratka SKO); biologicky rozložitelné komunální odpady (zkratka BRKO); materiálově využitelné složky komunálních odpadů (zkratka MVO); nebezpečné složky komunálních odpadů (zkratka NO KO).

Poznámka: Termínem odpadový tok je označována množina odpadů s navzájem si blízkých svými fyzikálně-chemickými parametry nebo původem. Pro potřeby modelu jsou produkce v jednotlivých odpadových tocích definovány jako vážené průměry produkcí odpadových druhů a to v členění pro komunální odpady podle Katalogu odpadů [1]. Vzhledem k tomu, že část požadovaných toků není legislativně definována, odpadové druhy z Katalogu odpadů pro agregaci do odpadových toků byly vybrány ve spolupráci s MŽP (viz Tabulka 1). Tabulka 1: Agregace odpadových druhů do odpadových toků Název toku dle Agregované druhy odpadů – katalogové číslo (k. č.) podle zadání modelu Katalogu odpadů [1] 15 01 01, 15 01 02, 15 01 03, 15 01 04, 15 01 05, 15 01 06, 15 01 07, 15 01 09, 15 01 10, 15 01 11, 20 01 01, 20 01 02, 20 01 08, 20 komunální odpady 01 10, 20 01 11, 20 01 13, 20 01 14, 20 01 15, 20 01 17, 20 01 19, 20 01 21, 20 01 23, 20 01 25, 20 01 26, 20 01 27, 20 01 28, 20 01 29, 20 01 30, 20 01 31, 20 01 32, 20 01 33, 20 01 34, 20 01 35, 20

TVIP 2014, 23. - 25.4.2014, Hustopeče

Záhlaví vyhrazeno pro redakci ● Záhlaví vyhrazeno pro redakci ● Záhlaví vyhrazeno pro redakci ● Záhlaví vyhrazeno pro redakci ● Záhlaví vyhrazeno pro redakci ● Záhlaví vyhrazeno pro redakci ●

01 36, 20 01 37, 20 01 38, 20 01 39, 20 01 40, 20 01 41, 20 01 99, 20 02 01, 20 02 02, 20 02 03, 20 03 01, 20 03 02, 20 03 03, 20 03 06, 20 03 07, 20 03 99 směsný komunální odpad biologicky rozložitelné komunální odpady materiálově využitelné složky komunálních odpadů nebezpečné složky komunálních odpadů

20 03 01 15 01 01a, 20 01 01, 20 01 08, 20 01 10, 20 01 11, 20 01 38, 20 02 01, 20 03 01, 20 03 02, 20 03 03, 20 03 07 15 01 01, 15 01 02, 15 01 04, 15 01 05, 15 01 07, 15 01 09, 20 01 01, 20 01 02, 20 01 39, 20 01 40, 20 01 10, 20 01 11, 20 03 01 20 01 13, 20 01 14, 20 01 15, 20 01 17, 20 01 19, 20 01 21, 20 01 23, 20 01 26, 20 01 27, 20 01 29, 20 01 31, 20 01 33, 20 01 35, 20 01 37

Vzhledem ke skutečnosti, že pojem materiálově využitelných odpadů není dostatečně legislativně definován, byly vypracovány ve spolupráci s MŽP čtyři varianty, pro prognózu produkce MVO v KO, kde byly zvoleny odlišné koeficienty v agregaci jednotlivých druhů MVO (viz Tabulka 2): 1) MVO1, uvažující pouze materiálově využitelné druhy KO ze skupiny 20 a podskupiny 15 01 z odděleného sběru v obcích, 2) MVO2, uvažující jednak materiálově využitelné druhy KO ze skupiny 20 a podskupiny 15 01 z odděleného sběru v obcích a 41,2 % materiálově využitelných složek z SKO, viz Tabulka 2, 3) MVO3, zahrnující materiálově využitelné druhy KO ze skupiny 20 a podskupiny 15 01 z odděleného sběru v obcích a využitelný podíl materiálově využitelných složek v SKO, přičemž koeficienty u jednotlivých druhů KO byly sníženy v souvislosti s jejich znečištěním (např. mastný papír, znečištěné plasty, zašpiněné sklo a kovy apod.) nebo nevhodným designem výrobků (např. kombinované obaly, vícevrstvé plasty apod.), viz Tabulka 2, 4) MVO4, zahrnující materiálově využitelné druhy KO ze skupiny 20 a podskupiny 15 01 z odděleného sběru v obcích a využitelný podíl materiálově využitelných složek v SKO, přičemž koeficienty u jednotlivých druhů KO, které byly sníženy v souvislosti s jejich znečištěním nebo nevhodným designem výrobků byly převzaty z MŽP. Dle výše uvedených předpokladů jsou proto uvažovány následující koeficienty pro agregaci materiálově využitelných komunálních odpadů ve čtyřech variantách (viz Tabulka 2): Tabulka 2: Podílové koeficienty materiálově využitelných komunálních odpadů Druh odpadu k. Varianta 1 Varianta 2 Varianta 3 Varianta 4 Název č. MVO1 MVO2 MVO3 MVO4 15 01 01 Papírové a lepenkové obaly 1,00 1,00 0,88 0,98 15 01 02 Plastové obaly 1,00 1,00 0,80 0,808 15 01 04 Kovové obaly 1,00 1,00 0,97 0,98 15 01 05 Kompozitní obaly 1,00 1,00 0,96 0,98 15 01 07 Skleněné obaly 1,00 1,00 0,94 0,977 15 01 09 Textilní obaly 1,00 1,00 0,50 0,50 20 01 01 Papír a lepenka 1,00 1,00 0,88 0,98 20 01 02 Sklo 1,00 1,00 0,94 0,977 20 01 10 Oděvy 1,00 1,00 0,50 0,50 20 01 11 Textilní materiály 1,00 1,00 0,50 0,50 20 01 39 Plasty 1,00 1,00 0,80 0,808 20 01 40 Kovy 1,00 1,00 0,97 0,98 20 03 01 Směsný komunální odpad 0,00 0,412 0,37 0,309 Matematický model produkce a nakládání s KO sestává ze dvou submodelů: submodelu produkce a submodelu nakládání s KO, které stručně popíšeme.

2. Submodel produkce komunálních odpadů Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


Submodel produkce komunálních odpadů vychází z principu multidimenzionální lineární regrese [2], kde nezávisle proměnnou není čas, ale parametry jednotlivých obcí v ČR [3]. Nedochází v něm k přímému modelování časové řady produkce odpadů, ale naopak ke statickému modelu produkce. Ve zvoleném roce tak ze znalosti parametrů obcí je predikce produkce odpadu modelována v závislosti na změně těchto parametrů v čase (vzhledem k poměrně dlouhému predikčnímu období bylo nutné pracovat s určitou nejistotou). Pro kalibraci submodelu byla využita data z hlášení o produkci komunálních odpadů v obcích v roce 2011 z databáze informačního systému odpadového hospodářství PDISOH [4] předaná z MŽP. 2.1 Zdrojová data V tomto submodelu byla využita veřejně přístupná ročně aktualizovaná data, která poskytuje informační systém Regionální informační servis (IS RIS) Ministerstva pro místní rozvoj ČR (MMR) [5] o každé obci ČR. Pomocí speciálního programu byl odtud pro každou obec určen vektor 14 parametrů tak, jak jej shrnuje Tabulka 3. Počet obcí byl korigován na základě údajů Ministerstva vnitra ČR [6] na 6 251 obcí, nečíselné parametry (plynofikace, status obce) a počty škol a nemocnic byly přepočteny podle postupů popsaných v [3]. Číslo parametru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Tabulka 1: Parametry obcí vstupující do submodelu z IS RIS Název parametru Označení proměnné Počet obyvatel INH V důchodovém věku RET Nezaměstnanost UNE Plyn GAS Katastrální území CAD Travnaté plochy GRS Zahrady GAR Přepočtené školy SCH Nemocnice HSP Podniky BUS Zem. Délka LON Zem. Šířka LAT Zem. Výška ALT Status obce STS

Jednotka 1 % % 1 ha ha ha 1 1 1 ° ° m 1

V rámci expertní diskuze na IBA MU, Ekonomicko-správní a Přírodovědecké fakultě MU bylo následně identifikováno 19 prediktorů (nezávislých proměnných) tvořených součiny uvedených parametrů z Tabulky 3, u kterých existuje předpoklad vlivu na produkci komunálních odpadů v obcích [3]. Tyto prediktory jsou společné pro všechny druhy odpadů a shrnuje je Tabulka 4, kde je použito označení jednotlivých proměnných z Tabulky 3 ve vzorcích pro jednotlivé prediktory. Tabulka 2: Prediktory multidimenzionálního lineárního modelu Pořadí prediktoru Vzorec pro výpočet prediktoru 1 (INH + 1500) × (STS) 2 (INH + 1500) × (RET -12) × (STS) 3 (INH + 1500) × (UNE -5) × (STS) 4 (GAS + 50) × (STS) 5 (CAD) × (STS) 6 (GRS) × (STS) 7 (GAR) × (STS) 8 (SCH) × (STS) 9 (HSP) × (STS) 10 (BUS) × (STS) 11 (LON -15,34) × (STS) 12 (LAT -49,74) × (STS)

Korelace * * * * * *

* * *

Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


(ALT -450) × (STS) (INH + 1500) (INH + 1500) × (RET -12) (INH + 1500) × (UNE -5) (GAS + 50) (INH + 1500) × (RET -12) × (UNE -5) (STS)

13 14 15 16 17 18 19

*

* * *

Vícerozměrný model byl vytvořen pro každou z 6,245 obcí v ČR v obecném tvaru [3]:

Kde Pj označuje j-tý pr ediktor, pi označuje i-tý parametr a ci označuje empirickou konstantu vypočtenou během kalibrační fáze modelování a Ij označuje množinu indexů pro tento prediktor (tj. tato množina obsahuje indexy i, takové, že (pi + ci) se vyskytuje v tomto součiniteli). Celkový tvar rovnice produkce odpadů P pak můžeme zapsat pro každou obec takto:

, kde P označuje celkovou produkci komunálního odpadu v obci, Pj značuje j-tý prediktor, aj označuje j-tý koeficient (hledaný metodou vícenásobné lineární regrese - MLR), m je počet prediktorů (v našem případě m=19) a e značí chybu odhadu produkce komunálního odpadu P v dané obci. Vzhledem k možné vzájemné závislosti jednotlivých prediktorů na sobě navzájem bylo následně provedeno testování kolinearity prediktorů formou výpočtu Spearmanova korelačního koeficientu. Prediktory s korelačním koeficientem vyšším než 0,7 byly postupně vylučovány, až byla získána množina 13 nekorelovaných (ρ < 0,7) prediktorů [3]. V Tabulce 4 jsou tyto nekorelované prediktory (tj. nevyloučené) označeny ve sloupci Korelace hvězdičkou. 2.2 Predikce socioekonomických ukazatelů Popsaný multidimenzionální lineární model umožňuje na základě parametrů obcí odhadnout jejich produkci v jednotlivých odpadových tocích. Jeho nevýhodou je to, že je vztažen ke konkrétním časovým hodnotám parametrů (rok 2011), ale je možno jej opět kalibrovat na další roky (2012, 2013) pokud jsou známa příslušná data z evidence odpadů. Časovou změnu produkce KO je proto nutné modelovat na základě změny těchto parametrů v průběhu modelovaného období (2013–2024), které jsou do submodelu vloženy jako nezávislé proměnné zvenčí. V případě submodelu produkce komunálních odpadů byly za dynamické proměnné uvažovány následující parametry: • • • •

počet obyvatel v jednotlivých obcích, podíl občanů starších 65 let, nezaměstnanost, spotřeba domácností (makroekonomický ukazatel pro celou ČR).

2.3 Počet obyvatel v jednotlivých obcích V submodelu je uvažována nejnovější prognóza demografického vývoje obyvatelstva ČR publikovaná Českým statistickým úřadem (ČSÚ) v roce 2013 [7], viz Tabulka 5. Vlastní analýza prognózy demografického vývoje obyvatelstva ČR byla provedena pro odhad distribuce obyvatel mezi jednotlivá sídla v ČR, neboť tyto údaje prognóza [7] neobsahuje. rok obyv. [mil.]

Tabulka 5: Počet obyvatel ČR v letech 2013–2024 podle [7] 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 10,52 10,52 10,53 10,53 10,54 10,54 10,54 10,53 10,53 10,52 10,51 10,50



2.4 Podíl obyvatel starších 65 let Na základě studie [8] a aktuálních informací v [5], [9] o věkové struktuře obyvatelstva byl pro každou obec vypočítán lineární trend podílu osob starších 65 let, který byl následně korigován podle nově publikované prognózy ČSÚ [7], [9], viz Tabulka 6. Pro většinu obcí i celkovou demografickou strukturu obyvatelstva ČR jde o nárůst, který je v souvislosti s převážně negativní hodnotou koeficientu pro prediktor 2 významně ovlivňuje případný pokles produkce komunálních odpadů. rok >65 let [%]

Tabulka 6: Podíl obyvatel ČR starších 65 let v letech 2013–2024 podle [9] 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 16,8 17,4 17,9 18,4 19,0 19,5 20,0 20,5 20,9 21,4 21,8 22,1

2.5 Nezaměstnanost Nezaměstnanost není možné predikovat pro jednotlivé obce, proto vzhledem k nedostatečné délce celostátních prognóz publikovaných Ministerstvem financí ČR, resp. ČSÚ byla použita prognóza [10] z počátku roku 2012, která odhaduje změny nezaměstnanosti do roku 2017. Pro roky 2018–2024 byla uvažována mírně optimistická varianta poklesu nezaměstnanosti ročně o 1 ‰, což odpovídá postupnému přibližování k dlouhodobému průměru za období posledních dvou desetiletí, viz Tabulka 7. Podobně jako v předchozím případě byla pak míra nezaměstnanosti v jednotlivých obcích určena proporcionálním rozdělením celkové nezaměstnanosti v jednotlivých krajích a okresech. Rok nezam. [%]

Tabulka 7: Nezaměstnanost v ČR v letech 2013–2024 podle [10] 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 7,9 8,1 7,8 7,6 7,4 7,3 7,2 7,1 7,0 6,9 6,8 6,7

2.6 Spotřeba domácností Parametr průměrné spotřeby domácností byl vyhodnocen na základě závěrů mezinárodní expertní diskuze v Evropské agentuře životního prostředí (EEA) na workshopu EIONETu o modelech v odpadovém hospodářství únoru 2013, kterého se zúčastnili autoři příspěvku za ČR. Zde bylo konstatováno, že jako nejvhodnější makroekonomický ukazatel, který má vliv na produkci KO je spotřeba domácností. Tento parametr nahradil v předchozích verzích modelu používaný parametr změny hrubého domácího produktu (HDP) [11]. Parametr spotřeba domácností nevystupuje jako jeden z prediktorů v návrhu tohoto submodelu, proto jeho vliv na produkci KO je vyjádřen pouze jako relativní meziroční pokles/nárůst totožný pro všechny obce ČR. Za referenční byl považován rok 2011, produkce KO v dalších letech pak sledovala změnu průměrné spotřeby domácností (tj. byl předpokládán stejný růst množství KO jako růst spotřeby domácností v příslušném roce). Vzhledem k nedostatečné délce prognóz publikovaných Ministerstvem financí ČR, resp. ČSÚ byla použita stejně jako v předchozím případě prognóza [10] z počátku roku 2012, pro období 2012–2017. Prognózu spotřeby domácností pro následující roky je již velmi obtížné spolehlivě predikovat, proto byla předpokládána mírně optimistická varianta pokračujícího růstu spotřeby domácností ve výši 1,2 % ročně, která odpovídá dlouhodobému trendu růstu spotřeby domácností v průběhu posledních 20 let, viz Tabulka 8. rok změna [%]

Tabulka 8: Změna spotřeby domácností v ČR v letech 2013–2024 podle [10] 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 -0,1 1,7 1,4 1,4 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2

Výše uvedený submodel byl naprogramován v jazyku R a ověřen na vzorku dostupných dat z hlášení produkce a nakládání s odpady obcí z let 2008–2011. Byl použit k vypracování prognóz pro produkci komunálních odpadů v České republice pro období 2013 – 2024 při přípravě nového Plánu odpadového hospodářství ČR.



Grafy výsledků prognózy časových řad pro jednotlivé odpadové toky vypočítané pomocí submodelu produkce komunálních odpadů v letech 2013-2024 shrnuje Tabulka 9. Tabulka 9: Odhady trendů produkce pro jednotlivé toky komunálních odpadů Komunální odpady celkem

Směsný komunální odpad

Biologicky rozložitelné komunální odpady

Materiálově využitelné odpady – varianta 1

Materiálově využitelné odpady – varianta


2




Nebezpečné složky komunálních odpadů

3. Submodel nakládání s komunálním odpadem Na submodel produkce komunálního odpadu navazuje submodel nakládání s komunálním odpadem, který vychází z výsledků submodelu produkce a využívá vstupních dat z ISOH o nakládání s KO v obcích v období 2009–2012, která byla poskytnuta MŽP od správce těchto dat CENIA. Pro konstrukci submodelu nakládání s komunálním odpadem využijeme potenciálu submodelu produkce KO a jednotlivých odpadních toků KO, SKO, BRKO, MVO1 až MVO4 a NO KO vytvořeného v kapitole 2. Tento model nám umožní vytvořit prognózu nakládání s komunálním odpadem v těchto odpadních tocích. 3.1 Způsoby nakládání s odpady Způsoby nakládání s odpady v datech v informačním systému ISOH jsou označeny pomocí kódů vycházejících ze Přílohy č. 3 Zpracování matematického vyjádření výpočtu „Soustavy indikátorů OH“ v souladu s vyhláškou č. 383/2001 sb., o podrobnostech nakládání s odpady, v platném znění (aktualizace k 10. 9. 2013) [12]. Tabulka 30: Seznam vybraných způsobů nakládání s odpady Kód nakládání Způsob nakládání Energetické využití odpadů (EV) Využití odpadu způsobem obdobným jako paliva nebo jiným R1 způsobem k výrobě energie Materiálové využití odpadů (MV) R2 Získání / regenerace rozpouštědel Získání/regenerace organických látek, které se nepoužívají jako R3 rozpouštědla (včetně biologických procesů mimo kompostování a biologickou dekontaminaci) R4 Recyklace/znovuzískání kovů a kovových sloučenin R5 Recyklace / znovuzískání ostatních anorganických materiálů R6 Regenerace kyselin a zásad R7 Obnova látek používaných ke snižování znečištění R8 Získání složek katalyzátorů R9 Rafinace použitých olejů nebo jiný způsob opětného použití olejů Aplikace do půdy, která je přínosem pro zemědělství nebo zlepšuje R10 ekologii R11 Využití odpadů, které vznikly pod označením R1 až R10 Předúprava odpadů k aplikaci některého z postupů uvedených pod R12 označením R1 až R11 N1 Využití odpadů na terénní úpravy apod. N2 Předání kalů ČOV k použití na zemědělské půdě Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


N8 Předání (dílů, odpadů) pro opětovné použití N10 Prodej odpadu jako suroviny („druhotné suroviny“) N11 Využití odpadu na rekultivace skládek N12 Ukládání odpadu jako technologický materiál na zajištění skládky N13 Kompostování N15 Protektorování pneumatik Odstranění odpadů skládkováním a jiným uložením D1 Ukládání v úrovni nebo pod úrovní terénu (skládkování) Hlubinná injektáž (např. injektáž čerpatelných kapalných odpadů do D3 vrtů, solných komor nebo prostor přírodního původu, apod.) Ukládání do povrchových nádrží (např. vypouštění kapalných odpadů D4 nebo kalů do prohlubní, vodních nádrží, lagun, apod.) Ukládání do povrchových nádrží (např. vypouštění kapalných odpadů D5 nebo kalů do prohlubní, vodních nádrží, lagun, apod.) D12 Konečné či trvalé uložení (např. ukládání v kontejnerech do dolů) Odstranění odpadů spalováním D10 Spalování na pevnině Dle metodiky Matematického vyjádření výpočtu „soustavy indikátorů OH“ pro Plány odpadového hospodářství ČR a krajů [12], která uvádí postup výpočtu jednotlivých indikátorů v odpadovém hospodářství, lze způsoby nakládání s komunálními odpady rozdělit zejména na:  MV: materiálové využívání komunálních odpadů (regenerace, recyklace, předúprava odpadů a další), viz příslušné kódy v Tabulce 10;  EV: energetické využívání komunálních odpadů (využívání odpadů způsobem obdobným jako paliva nebo jiným způsobem k výrobě energie), kód R1;  Skládkování: odstraňování komunálních odpadů skládkováním a jiným uložením (ukládání odpadů na skládky), viz příslušné kódy v Tabulce 10;  Spalování: odstraňování komunálních odpadů spalováním (spalování odpadů na pevnině), kód D10. Na základě doporučení MŽP byly způsoby nakládání pro účely prognózy doplněny o:  Kompostování: kompostování a anaerobní digesce (kam je zahrnuto aerobní a anaerobní využití biologicky rozložitelných odpadů), kódy N13 a R3 v nakládání s biologicky rozložitelnými odpady;  Jiné: jiné odstranění (kam jsou zahrnuty zbývající kódy pro odstranění z Přílohy č. 3 [12]). 3.2 Model složení toků komunálního odpadu V Grafu 1 je znázorněno rozdělení složení toků KO podle jednotlivých subtoků odpadů, které nyní objasníme. KO představuje v Grafu 1 celý šedě zelený kruh a jednotlivé toky odpadů MVO (fialový kruh), SKO (šedý kruh) a BRKO (zelený kruh) se navzájem protínají ve společných jednotlivých druzích odpadů z KO. V Grafu 1 jsou ještě na dokreslení uvedeny orientační podíly dále diskutovaných subtoků odpadů v procentech v roce 2012.



Graf 1: Složení KO v roce 2012 z pohledu odpadních toků MVO, SKO a BRKO Jak je zjevné již z modelu produkce KO v přechozí kapitole a Grafu 1, nejsou jednotlivé uvažované odpadové toky disjunktní. Tato vlastnost je zřejmá již z toho, že jedním z toků je celkový komunální odpad (KO), který zahrnuje všechny ostatní dílčí toky. Průniky jsou však také zřejmě mezi směsným komunálním odpadem (SKO), biologicky rozložitelným komunálním odpadem (BRKO) a materiálově využitelnými složkami komunálního odpadu (MVO). Konkrétně je v modelu nakládání s KO uvažován odpadový papír, který náleží do průniku SKO, BRKO i MVO; část kuchyňských a zahradních odpadů, která náleží do průniku SKO a BRKO; odděleně sebrané dřevo a papír, které náleží do průniku BRKO a MVO a sklo, plasty, nápojový karton a kovy v SKO jako společná složka celkové produkce SKO i MVO (viz Graf 2). Navíc jsou součástí KO také samostatně modelované nebezpečné složky KO (NO KO), tj. množina, která má neprázdný průnik se všemi dříve uvedenými toky. Prostý součet jednotlivých produkcí odpadových toků SKO, MVO a BRKO (příp. NO KO) tak poskytuje množství významně převyšující celkovou prognózovanou produkci KO a k získání správného výsledku nakládání s KO, SKO, MVO a BRKO (příp. NO KO) je třeba použít množinový princip inkluze a exkluze, který vyžaduje vyjádření velikosti průniků jednotlivých toků. Pro popis proměnlivých vztahů mezi pěticí toků KO, SKO, MVO a BRKO (příp. NO KO) byly zavedeny všude tam, kde je to účelné, subtoky odpadů vycházející z katalogových čísel (k. č.) Katalogu odpadů [1] ve skupině 20 a podskupině 15 01 umožňující popsat vztah mezi jednotlivými toky jako množinové průniky nebo rozdíly výše vyjmenované pětice toků. Ve vytvořeném submodelu pro prognózu nakládání s KO jsou zavedeny následující subtoky (v závorce kód použitý pro pojmenování proměnné modelu1) odpadů, viz Graf 1:

Tyto kódy jsou psány záměrně malým písmem a kurzívou, aby nedošlo k záměně kódu s obecně užívanou zkratkou psanou velkým písmenem, neboť obsah proměnné neodpovídá definici pojmu tak, jak byl popsán výše a 1



1. komunální odpad celkem (ko)*, 2. odděleně sebraný materiálově využitelný odpad mimo papír (mvo), 3. odděleně sebraný BRKO mimo papír (brko), 4. zbytkový (nevyužitelný) SKO (sko), 5. odděleně sebraný papír a dřevo (brkomvo), 6. část kuchyňských a zahradních odpadů (brkosko), 7. sklo, plast, kov a karton v SKO (mvosko), 8. papír ve SKO (brkomvosko), 9. zbytek (zbytek), 10. nebezpečné složky komunálního odpadu (no)*. Volba subtoků byla provedena tak, aby s výjimkou subtoků označených hvězdičkou (ve výše uvedeném seznamu) byl jejich součet roven celkové produkci komunálního odpadu: ko = mvo + brko + sko + brkmvo + mvosko+ brkomvosko + zbytek Subtoky označené hvězdičkou (tj. NO KO a celkový KO) nejsou v součtu zahrnuty, protože mají neprázdný průnik s jednotlivými sčítanci. V případě NO KO bylo možné sčítance v rovnici rozdělit po dvojicích subtoků, tj. subtoky s a bez nebezpečných vlastností a mít tak celkově 16 subtoků, nicméně rozdělení na nebezpečné a ostatní odpady je nezávislé na uvedených subtocích a tedy by tento postup nepřinášel žádnou výhodu při zdvojnásobení počtu rovnic modelu. Navíc množství NO KO je velmi malé (0,0075 %) ve srovnání celkovým množstvím KO, proto NO KO byly proto jednodušeji modelovány samostatně na základě extrapolace dosavadních trendů. 3.3 Struktura submodelu nakládání s KO Submodel nakládání s KO byl vytvořen v souladu se strukturou modelu produkce KO pro pět agregovaných odpadových toků (KO - komunální odpad celkem, SKO - směsný komunální odpad, BRKO - biologicky rozložitelný komunální odpad, MVO - materiálově využitelné složky komunálního odpadu, kde vyjdeme z modelu MVO4 doporučeného MŽP, viz tabulka 2, a NO KO - nebezpečné složky komunálního odpadu) a pro pět druhů nakládání s KO (MV - materiálové využití odpadu, EV energetické využití odpadu, Kompostování - kompostování a anaerobní digesce, Skládkování – odstranění skládkováním a jiným uložením, Spalování – odstranění spalováním a Jiné – jiné odstranění) uvedené v předchozím textu. Tento přístup poskytuje první sadu rovnic vyjadřujících vztahy mezi hlavními toky KO, BRKO, SKOa MVO (jejichž produkce je známá) a výše uvedenými subtoky. Například je zřejmé, že množství BRKO je rovno součtu množství u výše uvedených subtoků 2, 3, 4 a 6 v kapitole 3.2. Další sada rovnic vznikla jako logický důsledek rozdělení výše uvedené toků a subtoků odpadů podle způsobu nakládání. Každý z subtoků lze dále rozdělit na pět částí v reakci na způsoby nakládání (materiálové využití, energetické využití, kompostování, skládkování a spalování), některé z těchto částí by měly být nulové (např. kompostování skla, kovu atd nebo materiálového využití nepoužitelného zbytku). Další sada rovnic popisuje klíčové požadavky Evropské a národní environmentální legislativy. Jedná se zejména o požadavky Skládkové směrnice a Rámcové směrnice o odpadech. Poslední sada rovnic popisuje vývoj kapacit zařízení na zpracování odpadu, zejména na energetické využití a kompostování a anaerobní digesci, které budou hrát klíčovou roli v odklonu BRKO ze skládek. Výše uvedené sady 35 rovnic byly použity v úloze nelineárního programování pro nalezení kladného řešení pro všechny toky odpadů a dílčí datové toky v jednotlivých letech 2013-2024. Toto řešení však jak je běžně užíván. Např. proměnná sko neobsahuje veškerý směsný komunální odpad, ale pouze jeho zbytkovou část aj. Navíc hovoříme o kódech odpadů a nikoliv proměnných, neboť z těchto kódů odpadů budou v dalším textu odvozeny různé proměnné odpovídající různým druhům nakládání s daným odpadovým subtokem. Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


nerespektovalo některé vztahy a vzorce a tím to bylo nutné přidat sadu dalších 40 rovnic pro zachování proveditelnosti submodelu. Tato poslední sadu rovnic pro "zpřesnění" modelu vznikla v několika krocích v návaznosti na diskusi s odborníky pro nakládání s odpady z různých větví získat plně smysluplné řešení s vysokou přesností a použitelností. Výsledky dříve provedené pilotních studií složení SKO v několika českých městech byly zahrnuty do rovnic submodelu. Navíc bylo třeba vyjádřit setrvačnost systému sběru v obcích během přechodu mezi různými systémy nakládání s odpady (např. změny v chování lidí, což vede k zvýšení separovaného odpadu, budování kapacit, atd.). Celkem bylo odvozeno a sestaveno 72 nelineárních rovnic, které bylo možno řešit analyticky. Lze shrnout, že submodel nakládání s komunálním odpadem v ČR v období let 2013–2024 je konstruován jako soustava 72 rovnic o 72 neznámých, přičemž potřebná data vychází z dat prognózy submodelu produkce KO pro léta 2013-2024. Některé rovnice vycházejí z dalších požadavků odpadové Evropské legislativy a MŽP. Proměnné v rovnicích submodelu, jejichž hodnota je před výpočtem známa, jsou v následujícím výčtu v Tabulce 11 označeny hvězdičkou, resp. dvěma hvězdičkami v případě proměnných, které byly nadefinovány na základě požadavků odpadové Evropské legislativy a MŽP ve spolupráci MŽP. Tabulka 41: Seznam proměnných v submodelu nakládání s komunálním odpadem Číslo Název proměnné Popis 1 brkoc* celková produkce BRKO, 2 brkocsk skládkovaný BRKO celkem, 3 brkocev energeticky využitý BRKO celkem, 4 brkocmv materiálově využitý BRKO celkem, 5 brkocko kompostovaný BRKO celkem, 6 brkocsp spálený BRKO celkem, 7 brko BRKO, který není MVO ani SKO, 8 brkosk skládkovaný BRKO, který není MVO ani SKO, 9 brkoev energeticky využitý BRKO, který není MVO ani SKO, 10 brkomv materiálově využitý BRKO, který není MVO ani SKO, 11 brkoko kompostovaný BRKO, který není MVO ani SKO, 12 brkosp spálený BRKO, který není MVO ani SKO, BRKO, který je i MVO, ale není SKO (odděleně sebraný 13 brkomvo papír, dřevo), 14 brkomvosk skládkovaný BRKO, který je i MVO, ale není SKO, 15 brkomvoev BRKO, který je i MVO, ale není SKO, 16 brkomvomv materiálově využitý BRKO, který je i MVO, ale není SKO, 17 brkomvoko kompostovaný BRKO, který je i MVO, ale není SKO, 18 brkomvosp spálený BRKO, který je i MVO, ale není SKO, BRKO, který je současně MVO i SKO (papír a dřevo 19 brkomvosko v SKO), 20 brkomvoskosk skládkovaný BRKO, který je současně MVO i SKO, 21 brkomvoskoev energeticky využitý BRKO, který je současně MVO i SKO, 22 brkomvoskomv materiálově využitý BRKO, který je současně MVO i SKO, 23 brkomvoskoko kompostovaný BRKO, který je současně MVO i SKO, 24 brkomvoskosp spálený BRKO, který je současně MVO i SKO, 25 mvoc* celková produkce MVO, 26 mvocsk skládkovaný MVO celkem, 27 mvocev energeticky využitý MVO celkem, 28 mvocmv materiálově využitý MVO celkem, 29 mvocko kompostovaný MVO celkem, 30 mvocsp spálený MVO celkem, 31 mvo MVO, který není BRKO ani SKO (odděleně sebrané plasty, Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

mvosk mvocev mvomv mvoko mvosp mvosko mvoskosk mvoskocev mvoskomv mvoskoko mvoskosp skoc* skocsk skocev skocmv skocko skocsp

49

sko

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

skosk skoev skomv skoko skosp ko* kosk koev komv koko kosp no* nosk noev nomv noko nosp a**

68

pozadavekmvo**

69

spalovny**

70

other**

71

papir**

72

zbytek**

kovy a sklo), skládkovaný MVO, který není BRKO ani SKO, energeticky využitý MVO, který není BRKO ani SKO, materiálově využitý MVO, který není BRKO ani SKO, kompostovaný MVO, který není BRKO ani SKO, spálený MVO, který není BRKO ani SKO, MVO v SKO, který není BRKO (plasty, sklo a kovy v SKO), skládkovaný MVO v SKO, který není BRKO, energeticky využitý MVO v SKO, který není BRKO, materiálově využitý MVO v SKO, který není BRKO, kompostovaný MVO v SKO, který není BRKO, spálený MVO v SKO, který není BRKO, celková produkce SKO, skládkovaný SKO celkem, energeticky využitý SKO celkem, materiálově využitý SKO celkem, kompostování SKO celkem, spalování SKO celkem, SKO, který není MVO ani BRKO (nevyužitelný zbytek v SKO), skládkovaný SKO, který není MVO ani BRKO, energeticky využitý SKO, který není MVO ani BRKO, materiálově využitý SKO, který není MVO ani BRKO, kompostovaný SKO, který není MVO ani BRKO, spalovaný SKO, který není MVO ani BRKO, komunální dopad celkem, skládkovaný komunální odpad, energeticky využitý komunální odpad, materiálově využitý komunální odpad, kompostovaný komunální odpad, spálený komunální odpad, nebezpečný odpad celkem, skládkovaný nebezpečný odpad z KO, energeticky využitý nebezpečný odpadz KO, materiálově využitý nebezpečný odpad z KO, kompostovaný nebezpečný odpad z KO, spálený nebezpečný odpad z KO, podíl skládkovaných zbytkových odpadů, požadavek směrnice o skládkování a vývoj parametru podílu využitých KO k a po jeho dosažení, předpokládaná kapacita ZEVO (vlastní prognóza), množství materiálově využitých odpadů, které nejsou materiálově využitelné (konstantní předpoklad daný výpočtem pro rok 2011) předpokládaný podíl papíru v SKO (vlastní prognóza na základě studie o složení odpadu ve 4 českých lokalitách), podíl KO mimo BRKO, MVO i SKO.

Pro výpočet prognózy nakládání s komunálním odpadem v ČR v období let 2013–2024 byl použit programový systém Maple2, který nalezl analytické řešení soustavy 72 rovnic o 72 neznámých a vytvořil grafické výstupy řešení. Potřebná vstupní data do programu Maple byla použita z výpočtu submodelu 2

http://www.maplesoft.com/products/maple/



prognózy produkce KO v období let 2013–2024. Některé proměnné v rovnicích submodelu nakládání s KO, jejichž hodnota byla před výpočtem známa, jsou v Tabulce 11 označeny hvězdičkou, resp. dvěma hvězdičkami v případě proměnných, které byly nadefinovány přímo v jazyce Maple. V Tabulce 12 a Grafu 2 jsou shrnuty výsledky submodelu nakládání s KO. Tabulka 12: Nakládání s komunálním odpadem [Mt] Nakládání 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Materiálové využití 1,84 1,89 1,91 1,94 1,96 1,99 2,03 2,07 2,12 Kompostování 0,25 0,31 0,37 0,43 0,49 0,54 0,60 0,65 0,70 Energetické využití 0,63 0,63 0,68 0,72 0,72 0,72 0,80 0,95 1,15 Skládkování 2,69 2,61 2,46 2,32 2,21 2,10 1,91 1,65 1,34 Spalování 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

2022 2,17 0,75 1,15 1,12 0,02

2023 2,23 0,80 1,37 0,87 0,02

2024 2,31 0,85 1,47 0,65 0,02

Graf 2: Graf nakládání s komunálním odpadem v %.

3. Závěr Na Masarykově universitě v Brně byl vyvinut nový komplexní matematický model prognózy produkce a nakládání s komunálními odpady, který je využitelný po modelování nakládání s komunálním odpadem v obcích, obcích s rozšířenou působností, krajích a v celé ČR. Byl použit MŽP při přípravě nového Plán odpadového hospodářství v České republice pro období 2015-2024. Tento komplexní matematický model přinesl nové nástroje na podporu rozhodování pro MŽP pro oblast odpadového hospodářství (např. národní zákonodárství, dotační management, budování nových zařízení atd.). Podporuje udržitelné nakládání s odpady v ČR v souladu s právními předpisy EU o odpadech. Proto je možno jej použít pro všechny státy EU.

4. Literatura [1] Ministerstvo životního prostředí ČR, Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů). 2001. [2] Budíková, M.; Králová, M.; Maroš, B., 2010: Průvodce základními statistickými metodami. Praha: Grada Publishing, a. s., 272 s. ISBN 978-80-247-3243-5. Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zápatí vyhrazeno pro redakci ● Zde může být upoutávka na vaši firmu, stane-li se PATRONEM ČÍSLA, a TVIP její jméno bude každé stránce! 2014, 23. na - 25.4.2014, Hustopeče


[3] Hřebíček, J.; Kalina, J.; Soukopová, J., Integrated Economic Model of Waste Management: Case Study for South Moravia Region. Acta universitatis agriculturae et silviculturae Mendelianae Brunensis 2013, LXI, No. 4, pp. 917–922 [online]. Dostupné z: http://dx.doi.org/10.11118/actaun201361040917 [4] ISOH. Informační systém o odpadech. 2013. [online]. Dostupné z: http://isoh.cenia.cz/groupisoh/ [5] Centrum pro regionální rozvoj České republiky. Regionální informační servis. [online]. Dostupné z: http://www.risy.cz/cs. [6] Ministerstvo vnitra České republiky. Počty obyvatel v obcích. http://www.mvcr.cz/clanek/statistiky-pocty-obyvatel-v-obcich.aspx.

[online].

Dostupné

z:

[7] Český statistický úřad. Populační prognóza ČR http://www.scitani.cz/csu/2004edicniplan.nsf/p/4025-04.

[online].

Dostupné

z:

do

r.

2050.

[8] Svobodová, K. Analýza: Stárnutí populace podle výsledků projekce ČSÚ. [online]. Dostupné z: http://www.demografie.info/?cz_detail_clanku&artclID=34. [9] Český statistický úřad. Animované stromy života české populace v letech 1950–2101. 2013. [online]. Dostupné z: http://www.czso.cz/animgraf/projekce_1950_2101/index.htm [10] Vejmělek, J.; Škop, J.; Frayer, M.; Adamkovič, M.; Dřímal, M.; Malíčková, J., Ekonomické výhledy. In Pomůže nízká inflace spotřebitelům?, Praha: Komerční banka, 2013. [11] Hřebíček, J.; Kalina, J. Porovnání analýz skladby SKO v Brně s dalšími lokalitami v ČR, SR a Polsku, In: Odpadové fórum 2012, Kouty nad Desnou, Procházka, O., Ed. Kouty nad Desnou, 2012. [12] Vejnar, P.; Šepelová, G.; Čejchan, T.; Grusman, P., Zpracování matematického vyjádření výpočtu „soustavy indikátorů OH“ v souladu s vyhláškou č. 351/2008 Sb., kterou se mění vyhláška č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, ve znění pozdějších předpisů. Praha, 2011.


Model produkce a nakládání s komunálními odpady

Recommend Documents