Комплексное обеспечение технологического развития экологически чистых туалетных комплексов пассажирских поездов

История российских железнодорожных туалетных комплексов начинается с запуска первой железной дороги "Петербург - Царское Село" в 1837 г. и продолжает развиваться по сей день. Первые отечественные пассажирские вагоны начали изготавливать с 1846 г., оборудовать их туалетами - только с 1863 г. Примененная в них "классическая" схема, состоящая из унитаза, заслонки, выходящей наружу вагона фановой трубы и расположенной вверху туалетного помещения емкости с водой для слива не менялась на протяжении 130 лет. Главный недостаток таких туалетов заключается в загрязнении окружающей среды путем слива фекалий и других отходов из унитазов на верхнее строение железнодорожного пути и откосы [Юдаева, Канунников и др., 2017].

Важный принцип снижения негативного воздействия на природную среду - создание экологически чистых производственных технологий, обеспечивающих охрану окружающей среды от химического и биологического загрязнения. Вопрос о необходимости опытно-конструкторских работ по созданию замкнутых систем сбора канализационных стоков для пассажирского подвижного состава ставился перед руководством Министерства путей сообщения СССР с 1985 г. Экологической программой Железнодорожного транспорта на 1990--2000 гг. было предусмотрено проведение комплекса научных работ по созданию систем и оборудования, обеспечивающих охрану окружающей среды от химического и биологического загрязнения [Юдаева, Аксерольд и др., 2017; Юдаева, Канунников и др., 2017].

Первые туалетные системы замкнутого типа появились на Российских железных дорогах в 1992 г. в результате закупки в Германии партии пассажирских вагонов WLABmee (RIC-200), отвечающих требованиям эксплуатации на железных дорогах Европы и, в частности, оборудованных экологически чистых туалетных комплексов (далее - ЭЧТК). Эти вагоны использовались в международных поездах, курсирующих в западном направлении (Париж, Хук-ван-Холланд, Берлин, Вена и т.д.) [Юдаева, Канунников и др., 2017].

Отечественные разработки были представлены на рынок в конце 1990-х гг. В 2000 г. созданная Министерством путей сообщения Российской Федерации (далее - МПС России) комиссия приняла решение о внедрении на железнодорожном транспорте ЭЧТК "Экотол-В" и "Экотол-ЭП". К основным преимуществам ЭЧТК относят следующее: санитарная комната не закрывается на станциях и вокзалах; посетить туалет можно в любой момент; отсутствуют неприятные запахи; видимая часть конструкции туалетного комплекса схожа с обычным унитазом и не вызывает у пассажиров трудностей при пользовании ею; не загрязняется окружающая среда, так как сточные воды собираются в бак накопитель, а после этого утилизируются.

По состоянию на 20 ноября 2019 г. туалетными системами замкнутого типа оборудовано 11 329 пассажирских вагонов, что составляет 65 % инвентарного парка Федеральной пассажирской компании. В ближайшие годы планируется довести этот показатель до 100 %.

На пассажирских вагонах локомотивной тяги в настоящее время эксплуатируется 8 типов туалетных систем: "Экотол-В", "Экотол-ВАК", "ТВ", "Омега","САНИВАК", "ЭВАК-2000Р", "ТК" туалетный комплекс для спальных вагонов модели 61-4476 габарита RIC 4476.50:20.000. Различие типов туалетных комплекмов заключается в объме баков - накопителей, управлением унитазами (электронное или пневматическое) и способам транспортировки стоков (гравитационного типа; вакуумные с промежуточной емкостью, работающие на сжатом воздухе высокого давления, или на вакууме, или на вакууме и сжатом воздухе от насос-компрессора)Распоряжение ОАО "РЖД" от 17.12.2009 № 2601р "Об утверждении Руководства по техническому обслуживанию (ТО-1, ТО-2, ТО-3) Экологически чистого туалетного комплекса (ЭЧТК) "Экотол-В". Режим доступа: http:// scbist.com/scb/uploaded/docs/2009/dekabr-2009/7093-rasporyazhenie-oao- rzhd-ot-17-12-2009-n-2595r.htm (дата обращения: 03.07.2020)..

Любая новая технология требует опережающего обеспечения ее функционирования (инфрастуктурного, технологического, организационно-экономического, нормативно-правового и нормативно-методического, кадрового и др.) и своевременной разработки и реализации соответствующих мероприятий.

Для обеспечения бесперебойной работы ЭЧТК требуется их регулярное обслуживание, включающее, в том числе опорожнение (откачку) баков накопителей, вывоз сточных вод и сдача их гарантирующей организации водопроводно-канализационного хозяйства (далее - организация ВКХ), уполномоченной на прием сточных вод в регионе обслуживания. Для решения этого вопроса с 2001 г. на всех 16 железных дорогах МПС России началось формирование сети пунктов сервисного обслуживания ЭЧТК пассажирских вагонов, в которых опорожнение баков накопителей производилось с использованием вакуумных машин на путях, обеспечивающих возможность их подъезда к вагонам и проезда вдоль состава. В 2009--2010 гг. опорожнение баков накопителей ЭЧТК стало выполняться на 14 подготовленных для этого транзитных станциях по маршрутам курсирования. Работы в пути следования также осуществлялись с использованием вакуумных машин.

На сегодняшний день на сети железных дорог ОАО "РЖД" действуют 108 пунктов сервисного обслуживания, из которых 15 - транзитные пункты. В течение последних десяти лет исполнителем работ, владельцем и оператором сети сервисного обслуживания является ООО "Экотол Сервис", силами которого создана, функционирует и развивается единая централизованная структура, обеспечивающая круглосуточный контроль за предоставлением услуг по сервисному, техническому обслуживанию и ремонту ЭЧТК пассажирских вагонов и, при нарушении регламента, способная принимать оперативные решения и исправлять ситуацию, включая ремонт оборудования в пути следования.

На настоящий момент имеется определенный разрыв между размером парка вагонов, оборудованных ЭЧТК, и готовностью инфраструктуры. Большинство пунктов формирования и оборота поездов строилось задолго до начала внедрения ЭЧТ, не не учитывалось достаточного количества подъездных путей. В силу этого многие пункты к настоящему времени уже исчерпали свои возможности по пропуску поездов с ЭЧТК. К ним в первую очередь относятся пункты, расположенные в крупных городах, таких как Санкт-Петербург, Москва, Ростов-на-Дону, Сочи, Екатеринбург, Новосибирск, Иркутск. Положение усугубляется еще и тем, что указанные объекты зачастую окружены плотной городской застройкой или сложным рельефом местности и не имеют возможности расширения. Альтернативой увеличения числа подъездных путей для обслуживания ЭЧТК является оснащение станций стационарными комплексами обслуживания (далее - СКО) ЭЧТК пассажирских поездов, позволяющими выполнять работы на путях, к которым невозможен подъезд вакуумных спецавтомобилей.

Попытки построить и запустить СКО предпринимались еще с 2003 г., они впервые были построены на нескольких направлениях. Однако в силу сложившихся обстоятельств, эти СКО вскоре были разоборудованы. Исключение составляет лишь СКО в ЛВЧД-1 Москва Северо-Западного ФПКФ, стационарные установки работают в депо Метал- лострой Октябрьской, Адлер Северо-Кавказской железных дорог, а также в пунктах экипировки ст. Андроновка и Братцево МЦК, при эксплуатации поездов "Сапсан" и "Ласточка".

Конструктивно СКО подразделяются на традиционные СКО и легкие СКО. Традиционный СКО позволяет: производить одновременную очистку баков-накопителей ЭЧТК 24-вагонного состава пассажирского поезда с минимальными затратами времени (до 48 баков в течение 20 минут); производить одновременную очистку баков-накопителей ЭЧТК на путях, к которым невозможно подъехать вакуумным машинам; накапливать стоки в собственных емкостях сбора с последующим их сбросом в канализацию; производить промывку и дезинфекцию баков-накопителей ЭЧТК и магистралей откачки; вести работы с соблюдением требований техники безопасности и санитарных норм при температурах окружающего воздуха от --50 до + 45°. К числу их недостатков относятся технически сложное устройство и высокая стоимость.

В тех местах, где недоступен подъезд к составу возможно применение легкого СКО. К преимуществам легкого СКО как вакуумной системы канализации относятся: отсутствие необходимости в дополнительных канализационных насосных системах за сет применения вакуумной машины; отсутствие потребления электроэнергии на перекачку отходов; отсутствие засора в сетях; минимальные затраты при монтаже; система не требует колодцев; простая трассировка; эффективна для любых территорий.

Существующая технология сервисного обслуживания ЭЧТК нуждается в своевременном создании нормативно-правового и нормативно-методического обеспечения, регламентирующего обслуживание ЭЧТК. Современные документы по этому вопросу нуждаются в переработке, так как не содержат полного комплекса мер, направленных на подготовку Российских железных дорог к устойчивой работе в условиях 100 % оснащения туалетными системами закрытого типа всего пассажирского подвижного состава и на основе этого достижения надлежащей степени экологической безопасности производства, а также современного уровня комфорта для пассажиров [Юдаева, Аксерольд и др., 2017]. Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. № 5 от 14.10.2015; ред. от 26.07.2018) "Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации". Режим доступа

Одним из важных аспектов устойчивого технологического развития ЭЧТК является своевременное формирование организационно-экономического обеспечения - эффективных экономических механизмов экологического регулирования функционирования ЭЧТК. В частности, актуальным является совершенствование эколого-экономического регулирования оборота фекальных отходов в части платы за сбросы сточных вод от ЭЧТК. Стоки, образующиеся от функционирования ЭЧТК, подлежат сбросу в централизованную систему водоотведения или непосредственно на очистные сооружения. Порядок водоотведения в Российской Федерации определен Постановлением Правительства № 644http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_150474/ (дата обращения: 03.07.2020).. В случае, если в составе сточных: вод содержатся загрязняющие вещества с превышением определенных Постановлением № 644 максимально допустимых концентраций, абонент выплачивает компенсацию за негативное воздействие. Ряд регионов используют свои подходы, отличающиеся от Постановления № 644, в том числе вводят дополнительные коэффициенты, учитывающие негативное воздействие сбрасываемых сточных вод на централизованную систему водоотведения. Например, в Калининградской области применяется компенсационный коэффициент (Кк), который учитывает дополнительные затраты, связанные с очисткой этих вод и утверждается местным органом самоуправленияПостановление Правительства Калининградской области от 25.09.2007 № 563 "О порядке взимания платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов Калининградской области (с изм. на 31.01.2019). Режим доступа: https://base.garant.ru/9733969/ (дата обращения: 03.07.2020)..

Как показало исследование, на сегодняшний день сложилась практика расчета платы за негативное воздействие на работу централизованной системы водоотведения в случае сброса абонентом сточных вод (рис. 1).

На рисунке 1 значения показателей формул соответствуют: Пх, П 2, П 3, - размер платы за сброс сточных вод абонентом в центральную систему водоотведения; Т - тариф на водоотведение, (руб/м 3); Q - объем сброшенных сточных вод, м 3; Макс(Кд) - максимальные из всех значений кратностей превышения фактической концентрации /-го загрязняющего вещества; Сумм(К/2) - суммарные значения кратностей превышения (К/) по веществам (показателям), отнесенным к группе 2; Макс(К/3) - максимальные из всех значений кратностей превышения (К/) по веществам (показателям), отнесенным к группе 3; Сумм(К/4) - суммарные значения кратностей превышения (К^ по веществам (показателям), отнесенным к группе 4; К/рН - значение кратности превышения (К;.) по водородному показателю (pH), ло. Кда К/пхб - значения кратностей превышения (К) соответственно по температуре, летучим органическим соединениям, жирам, полихлорированным бифенилам; Макс(К/5) - максимальные из значений кратностей превышения (К;.) по веществам, отнесенным к группе 5; Q^ - объем сточных вод м 3; ФК/ - фактическая концентрация /-го загрязняющего вещества, мг/дм 3; ДК/ - максимально допустимое значение концентрации -го загрязняющего вещества, мг/дм 3 [Karmanov et al., 2016]; П 4нд и П 4ср - размер платы в пределах и сверх нормативов сбросов загрязняющих веществ для объектов, оказывающих негативное воздействие; Мнд/ - масса сбросов загрязняющих веществ в количестве равном либо менее установленных нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ, тонна; М. - разница между массой сбросов загрязняющих веществ в количестве, превышающем установленные в соответствующих разрешениях сбросы загрязняющих веществ, и массой нормативно допустимых сбросов загрязняющих веществ, тонна; Нпл/ - ставка платы за сброс /-го загрязняющего вещества, рублей/тонна; Кот - дополнительный коэффициент к ставкам платы в отношении территорий и объектов, находящихся под особой охраной в соответствии с федеральными законами, равный 2; Кнд - коэффициент к ставкам платы за сброс /-го загрязняющего вещества за массу сбросов загрязняющих веществ в пределах нормативов допустимых сбросов, равный 1,04consultant.ru/document/cons_doc_LAW_314252/ (дата обращения:

03.07.2020) .; n - количество загрязняющих веществ; Кср - коэффициент к ставкам платы за сброс соответствующего /-го загрязняющего вещества за массу сбросов загрязняющих веществ, превышающих установленные разрешениями на сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду, равный 25Постановление Правительства РФ от 03.03.2017 № 255 (ред. от 29.06.2018) "Об исчислении и взимании платы за негативное воздействие на окружающую среду" (вместе с "Правилами исчисления и взимания платы за негативное воздействие на окружающую среду") (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2019). Режим доступа: http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_213744/ (дата обращения: 03.07.2020).,Постановление Правительства РФ от 13.09.2016 № 913 (ред. от 29.06.2018) "О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах". Режим доступа: http://www.consultant. ru/document/cons_doc_LAW_204671/ (дата обращения: 03.07.2020)..

В таблице 1 приведены примеры расчетов по представленным на рисунке 1 вариантам платы за негативное воздействие на работу централизованной системы водоотведения - Ир П 2, П 3 и П 4

Составлено авторами по материалам исследования / Compiled by the authors on the materials of the study

Рис. 1. Модель расчета платы за негативное воздействие на работу централизованной системы водоотведения в случае сброса абонентом сточных вод Figure 1. Model for calculating the negative impact on the operation of the centralised wastewater disposal system in the event of wastewater discharge by the subscriber

Таблица 1

Исходные данные протокола измерений точки слива на станции Николаевка Московской дирекции и результаты расчетов платы за негативное воздействие на работу централизованной системы водоотведения

Table 1. Input data of the measurement protocol for the discharge point at the Nikolaevka station of the Moscow Directorate and the results of the calculation of fees for the negative impact on the operation of the centralised wastewater disposal system

Составлено авторами по материалам исследования / Compiled by the authors on the materials of the study

Расчеты платы за сбросы сточных вод от ЭЧТК по вариантам П 2, П 3 основаны на постановлении № 644 редакций № 5 и № 10, с использованием регионами своих, добавочных коэффициентов, а иногда введенных регионами своих перечней нормируемых загрязняющих веществ в составе сточных вод, отличных от утвержденных Постановлением № 644. Расчеты платы за сбросы сточных вод от ЭЧТК по варианту П 4, основанный на расчете платы, за негативное воздействие на окружающую средуПостановление Правительства РФ от 13.09.2016 № 913 (ред. от 29.06.2018) "О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах". Режим доступа: http://www.consultant. rn/document/cons_doc_LAW_204671/ (дата обращения: 03.07.2020).,Постановление Правительства РФ от 13.09.2016 № 913 (ред. от 29.06.2018) "О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах". Режим доступа: http://www.consultant. ru/document/cons_doc_LAW_204671/ (дата обращения: 03.07.2020). правомерен с точки зрения того, что сброс сточных вод от ЭЧТК может рассматриваться как сброс от предприятий, оказывающий негативное воздействие на окружающую среду, обязанных вносить ежемесячную плату за это воздействие.

Анализируя экономический аспект, сложившийся с платой за сброс сточных вод от ЭЧТК в централизованную систему водоотведения, следуют отметить необходимость разработки нормативного документа единого для всех регионов Российской Федерации. Важно учитывать повышенную концентрацию загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах от ЭЧТК, в силу малого разбавления их сливной водой. Плата по вариантам П 2, П 3, П 4, описанным на рисунке 1, будет превышать плату по варианту П 1 соответственно в 47, 93 и 99 раз. Учитывая то, что регионы Российской Федерации могут с полным основанием обязать абонентов, сбрасывающих сточные воды от ЭЧТК в централизованную систему водоотведения, платить с учетом превышения содержащихся в сбрасываемых сточных водах загрязняющих веществ, может возникнуть ситуация непомерно больших расходов для Федеральной пассажирской компании Российской Федерации. по плате за сброс сточных вод от ЭЧТК.

Экологический аспект этой проблемы требует решения сложных технических вопросов. На разработку систем очистки сточных вод ЭЧТК потребуется ни один год и значительные средства. Поэтому на этот период нужна разработка единого подхода для всех регионов по плате за сбросы сточных вод в ЭЧТК в централизованную систему водоотведения, которая была бы экономически целесообразной и не столь обременительной для Федеральной пассажирской компании Российской Федерации.

Разработка единого нормативного документа, отражающего общее правило для всех регионов исчисления платы за сбросы сточных вод от ЭЧТК должен быть ограничен сроком, когда будет созданы технологии, позволяющие проводить очистку сточных вод от ЭЧТК перед сбросом их в централизованную систему водоотведения. Безусловно важно учесть то, что сбросы сточных вод от ЭЧТК содержат загрязняющие вещества в размерах, превышающие максимально допустимые нормативы, поэтому целесообразно все же предусмотреть механизм возмещения затрат на доочистку этих вод централизованным системам водоотведения до момента внедрения технологий по очистке сточных вод от ЭЧТК. Этот компенсационный механизм должен в разумных пределах определить размер возмещения затрат в виде платы за сброс сточных вод от ЭЧТК для такого абонента, как Федеральная пассажирская компания Российской Федерации.

Инновационное технологическое развитие ЭЧТК продолжается, многие вопросы предстоит еще решить, и важным здесь является опережающее формирование всех необходимых элементов системы функционирования ЭЧТК. Технологическое развитие системы ЭЧТК требует своевременного комплексного обеспечения ее функционирования в системе транспортной отрасли и других отраслях народного хозяйства, которые с ней связаны. Для решения обозначенной задачи рекомендуется использовать организационно-методический инструментарий, который позволит обеспечить систематическое определение фактического уровня технологического развития системы обезвреживания фекальных отходов ЭЧТК пассажирских поездов, определить направления и разработать мероприятия для повышения ее эколого-экономической эффективности [Вишняков Киселева, 2016; Киселёва, Шевченко, 2013].

Базовым элементом организационно-методического инструментария является построение экономико-математической модели технологического развития системы обезвреживания фекальных отходов ЭЧТК (далее - Модель). Модель призвана исчислять фактический уровень технологического развития системы обезвреживания фекальных отходов ЭТЧК пассажирских поездов (далее - СОФО ЭТЧК ПП) по выделенным областям ее устойчивости и определять приоритеты развития этих областей на основе количественных показателей, характеризующих развитие определенных областей устойчивости [Вишняков Киселева, 2016; Киселёва, Шевченко, 2013].

Основные элементы предлагаемой Модели

1. Совокупность областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП (области устойчивости характеризуют инфраструктурное, кадровое, нормативно-правовое и нормативно-методическое, технико-технологическое, иное обеспечение СОФО ЭТЧК ПП).

2. Набор ключевых показателей по каждой области устойчивости СОФО ЭТЧК ПП, характеризующих текущие, плановые, оптимальные значения показателей по каждой области устойчивости).

3. Набор матриц устойчивости СОФО ЭТЧК ПП, характеризующих эколого-ориентированность и технологичность развития СОФО ЭТЧК ПП.

4. Набор значений интегральных оценок, которые характеризуют уровень развития определенных областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

5. Диаграмма текущего состояния СОФО ЭТЧК ПП.

6. Факторы, отражающие отраслевую и региональную специфику и оказывающие влияние на СОФО ЭТЧК ПП.

7. Величина спроса участников СОФО ЭТЧК ПП на ее развитие, потенциал.

8. Набор оценок, характеризующих потенциальный интерес к развитию различных областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

9. Перспективно-скорректированную диаграмму развития областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

СОФО ЭТЧК ПП представим с помощью ФУНКЦИОНАЛА S:

S = f ({OU},{KP},{MU },{IO},{GU},

{FRS},{PS},{PR}), (1)

где {OU} - набор из областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП, которые можно рассматривать как ресурсы СОФО ЭТЧК ПП; {KP} - набор ключевых показателей областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП; {MU} - набор матриц устойчивости по областям устойчивости СОФО ЭТЧК ПП; {IO} - набор интегральных оценок уровня развития областей устойчивости СОФТ ЭТЧК ПП; {GU} - набор групп различных участников СОФО ЭТЧК ПП; {FRS} - совокупность факторов, отражающих отраслевую и региональную специфику; {PS} - совокупность потенциалов спроса участников на развитие различных областей устойчивости СОФТ ЭТЧК ПП; {PR} - совокупность оценок, характеризующих потенциальный интерес к развитию различных областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

Структура Модели

1. Целевая функция системы - достижение максимального уровня инновационного развития (i)

СОФО ЭТЧК ПП при обеспечении максимального уровня ее эколого-ориентированности (/).

f1 = max (j+i). (2)

2. Целевая функция системы - достижение максимального суммарного потенциала спроса (PS) всех участников СОФО ЭТЧК ПП на параметры состояния, развитие отдельных показателей по всем областям устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

f2 = max (PS1, PS2,.., PS2). (3)

3. Ограничения модели (экологические, технологические, финансовые, иные).

Последовательность практического применения Модели

1. Использование матриц устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

2. Вычисление комплексных (интегральных) оценок уровня развития различных областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

3. Обобщение совокупности комплексных оценок, характеризующих уровни развития областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП в агрегативной структуре.

4. Вычисление суммарных потенциалов спроса по различным областям устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

5. Определение оценок потенциального интереса к развитию областей устойчивости СОФО ЭТЧК ПП.

6. Учет региональной и отраслевой специфики при планировании эколого-ориентированного инновационного развития СОФО ЭТЧК ПП.

7. Уточнение выбора приоритетных направлений развития СОФТ ЭТЧК ПП.

8. Разработка программы мероприятий по повышению эколого-экономической эффективности СОФО ЭТЧК ПП.

9. Оценка эколого-экономической эффективности программы мероприятий СОФО ЭТЧК ПП.

10. Формирование рекомендаций по улучшению условий реализации разработанной программы по повышению эколого-экономической эффективности СОФО ЭТЧК ПП.

Предлагаемая модель предполагает выбор целевых показателей СОФО ЭТЧК ПП с целью последующего определения приоритетных направлений развития СОФО ЭТЧК ПП и разработки комплекса мероприятий по повышению эколого-экономической эффективности СОФО ЭТЧК ПП.

Заключение