ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Бахарєв Володимир Сергійович
УДК 504.055
ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА РЕГІОНУ
В УМОВАХ ТЕХНОГЕННОГО ПИЛОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ
АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
Спеціальність 21.06. 01 – екологічна безпека
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Львів – 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Кременчуцькому державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник доктор технічних наук, професор
Шмандій Володимир Михайлович,
Кременчуцький державний політехнічний
університет, завідувач кафедри
екології.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Пляцук Леонід Дмитрович,
Сумський державний університет,
завідувач кафедри прикладної екології;
кандидат технічних наук, доцент
Голік Юрій Степанович,
Національний технічний університет
ім. Ю. Кондратюка,
доцент кафедри екології.
Провідна установа: Національний гірничий університет
Міністерства освіти і науки України,
кафедра екології,
м. Дніпропетровськ.
Захист відбудеться “ 28 “ квітня 2006 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради СРК 35.052.16 в Національному університеті “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, пл. Св. Юра 3/4, VIII корпус НУЛП,
ауд. 115.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Професорська, 1.
Автореферат розісланий “ 24 “ березня 2006р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. О.А Нагурський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У будь-якому регіоні України існує характерна низка загальних і специфічних чинників формування екологічної небезпеки: значна концентрація небезпечних виробництв, неефективне використання природних ресурсів, суттєва трансформація ландшафтів та інші. Результатом негативного впливу зазначених чинників на компоненти довкілля є екологічні проблеми. На теперішній час з наближенням економіки України до статусу ринкової, постійним збільшенням виробничих потужностей ці проблеми постають особливо гостро, адже підвищення потужності джерел забруднення навколишнього середовища без модернізації технологічного та очисного обладнання прямо залежить від зростання обсягів виробництва, що загострює небезпеку існування людини і біоти в цілому.
Протягом останніх років інтенсифікувались дослідження з проблем регіональної екологічної безпеки. Значний вклад у вирішення цих проблем внесли, насамперед, такі провідні фахівці як А.М. Трофімчук, М.М. Биченок, А.Г. Шапар, А.Б. Качинський, Г.І. Рудько, Г.А. Білявський, М.С. Мальований, М.Д. Гомеля, С.І. Дарагунцов, В.Ю. Некос, А.І. Горова, А.В. Гриценко, Г.М. Франчук, В.М. Шмандій та інші.
Серед значної кількості різновидів впливу на довкілля істотну небезпеку створює пилове забруднення атмосферного повітря, що формується як внаслідок надходження з джерел викидів на промислових підприємствах (первинне), так і шляхом фізико-хімічних процесів в місцях складування пилоподібних відходів виробництв (вторинне), серед яких особливе місце займають тонкодисперсні (<100 мкм) відходи пилоочищення.
Аналіз попередніх досліджень дозволяє констатувати наступне: при достатній вивченості особливостей проявів екологічної небезпеки, наявності науково-обґрунтованого системного підходу до вирішення проблем екологічної безпеки, розвиненої бази даних щодо методів та засобів оптимізації рівня техногенної небезпеки, сформованої джерелами викидів пилоподібних речовин на промислових підприємствах, роль вторинного пилового забруднення у формуванні екологічної небезпеки регіону вивчена недостатньо.
У зв’язку з цим у дисертаційній роботі вирішується актуальне науково-практичне завдання встановлення особливостей формування екологічної небезпеки в індустріально розвиненому регіоні під впливом техногенного пилового забруднення атмосферного повітря та розробки технічних рішень з управління екологічною безпекою стосовно підвиду екологічної небезпеки, сформованої чинниками вторинного пилового забруднення атмосферного повітря.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до “Основних напрямків державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки”, визначених постановою Верховної Ради України від 27.02.1997 р. В роботі наведено результати досліджень, які виконано у межах плану науково-дослідних робіт КДПУ: тема № 63 В/02–Екол “Дослідження соціально-екологічної ситуації в регіоні з інтенсивним техногенним навантаженням на навколишнє середовище”, № 0102U002617 держреєстрації; тема № 129 В/04–Екол “Дослідження складових екологічного ризику в техногенно навантаженому регіоні”, № 0104U009504 держреєстрації.
Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розвиток науково-практичних аспектів управління екологічною безпекою на основі оцінки умов формування екологічної небезпеки під дією чинників техногенного пилового забруднення та розробки конкретних технічних рішень.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі основні задачі:
1. визначити місце чинників техногенного пилового забруднення в ієрархічній структурі екологічної небезпеки;
2. дослідити процес формування екологічної небезпеки під впливом техногенного пилового забруднення атмосферного повітря на основі диференціації джерел небезпеки з виділенням первинного і вторинного забруднення стосовно основного технологічного процесу промислового виробництва;
3. на прикладі конкретного індустріально розвиненого регіону здійснити моніторинг реального стану еконебезпеки, сформованої джерелами первинного і вторинного техногенного пилового забруднення атмосферного повітря;
4. дослідити вплив проявів екологічної небезпеки на стан здоров’я населення в зонах безпосередньої дії джерел первинного і вторинного техногенного пилового забруднення;
5. встановити загальні принципи управління екологічною безпекою в умовах техногенного пилового забруднення та розробити систему технічних рішень щодо зменшення негативного впливу джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря на людину і навколишнє природне середовище.
Об’єктом дослідження є техногенне пилове забруднення атмосферного повітря в індустріально розвинених регіонах.
Предмет дослідження – особливості формування, розвитку та проявів екологічної небезпеки, сформованої чинниками техногенного пилового забруднення атмосферного повітря; умови застосування теоретичних розробок та практичного досвіду з управління екологічною безпекою для вирішення конкретних завдань зменшення вторинного пилового забруднення атмосфери (на прикладі Кременчуцького соціально-промислового району).
Методи дослідження. Теоретичні методи досліджень базуються на застосуванні системного підходу щодо оцінки стану екологічної небезпеки в умовах техногенного пилового забруднення атмосферного повітря. Відповідно до специфіки практичних та прикладних досліджень в роботі застосовувались наступні методи: математичної статистики – для оцінки впливу проявів небезпеки на стан здоров’я населення в зонах інтенсивної дії чинників пилового забруднення; моделювання ситуацій, розрахунку розсіювання забруднюючих речовин, інструментальних замірів – для визначення рівнів техногенної небезпеки; логічного аналізу – для розробки технічних заходів з управління екологічною безпекою.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
1. розширено та деталізовано ієрархічну структуру екологічної небезпеки стосовно видів і підвидів її техногенної складової, визначено місце чинників пилового забруднення атмосферного повітря у цій структурі;
2. запропоновано диференціацію джерел екологічної небезпеки з виділенням первинного і вторинного пилового забруднення атмосферного повітря стосовно основного технологічного процесу промислового виробництва;
3. за результатами моніторингу раніше неврахованих джерел вторинного техногенного пилового забруднення атмосферного повітря визначено реальні умови формування екологічної небезпеки конкретного підвиду в індустріально розвиненому регіоні;
4. встановлено підсилення впливу проявів екологічної небезпеки на стан захворюваності населення стосовно певних нозологічних форм в зонах безпосередньої дії джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря;
5. встановлено загальні принципи техніко-технологічного управління екологічною безпекою в умовах техногенного пилового забруднення; розроблено систему технічних рішень щодо досягнення прийнятного рівня еконебезпеки, сформованої чинниками вторинного пилового забруднення атмосферного повітря, яка на відміну від існуючих систем, враховує профілізацію регіонів та позиційність джерел небезпеки.
Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості використання результатів теоретичних та практичних досліджень дисертаційної роботи у різних техногенно навантажених регіонах.
Апробовано та рекомендовано до впровадження розроблені технічні рішення щодо ліквідації джерел небезпеки шляхом використання пилоподібних відходів для отримання продукції господарського призначення (акти впровадження від 26.05.05 та 20.09.05). Встановлено, що практичне застосування запропонованих технологічних схем дозволяє зменшити кількість зазначених відходів, які в теперішній час вивозяться у місця складування, на 2500 – 3000 т/рік й, відповідно, знизити рівень техногенного пилового забруднення атмосферного повітря.
Розроблено універсальну технологію (деклараційний патент України № 9691 від 17.10.05) використання відходів пилоочищення для одержання чистильно-миючих композицій.
Отримані наукові результати використовуються у навчальному процесі підготовки магістрів зі спеціальності “Екологія та охорона навколишнього середовища”, а саме при викладанні дисципліни “Управління техногенною та екологічною безпекою”, акт впровадження від 30.05.05р.
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом досліджень автора у галузі екологічної безпеки та охорони навколишнього середовища від техногенного впливу. Формування мети та задач досліджень, розробка теоретичних положень, практичних заходів з управління регіональною екологічною безпекою, моніторингові, експериментальні та прикладні дослідження здійснені за безпосередньою участю здобувача (основні результати викладено виключно в одноосібних публікаціях). В наукових публікаціях, виконаних у співавторстві (роботи 4 – 8), здобувачу належить основна ідея, здійснення аналізу результатів попередніх наукових та практичних досліджень, проведення розрахунків та формування висновків.
Апробація результатів дисертаційної роботи. Результати теоретичних та практичних досліджень за напрямком дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях різних рівнів, а саме: Всеукраїнській студентській науковій конференції “Екологічні проблеми регіонів України” (Одеса, 1999); Міжнародній науково-технічній конференції “Екологічна та техногенна безпека (Кременчук, 2002); Міжнародних науково-технічних конференціях “Екологічна безпека” (Кременчук, 2003, 2004, 2005); Міжнародній науково-технічній конференції “Применение промышленных и конверсионных взрывчатых веществ при разрушении горных пород взрывом и экологическая безопасность” (смт. Яремче, Івано-франківської області, 2005); п’ятій Всеукраїнській науково-практичній конференції “Біосферно-ноосферні ідеї В.І. Вернадського та еколого-економічні проблеми розвитку регіонів” (Кременчук, 2005); 65 Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту”, (Дніпропетровськ, 2005).
Публікації. За результатами проведених дисертаційних досліджень опубліковано 11 наукових робіт, у тому числі: 8 статей, 7 з яких – у фахових наукових виданнях з технічних наук; 2 тези доповідей на наукових конференціях; 1 деклараційний патент України. Три статті опубліковано без співавторів.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 174 найменувань на 16 сторінках, 6 додатків на 16 сторінках. Повний її обсяг – 185 сторінок, з них загального обсягу – 138 сторінок. Робота містить 27 таблиць, 40 ілюстрацій (з них 2 таблиці та 12 рисунків на 14 окремих сторінках).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи. Сформульовано мету та задачі, визначено об’єкт та предмет досліджень, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Надано інформацію щодо апробації та впровадження результатів роботи.
У першому розділі “Огляд літератури за темою дисертації та вибір напрямків проведення досліджень” наведено результати аналізу теоретичних та практичних досліджень з проблем екологічної безпеки. Систематизовано характер проявів небезпеки як при екстремальній дії небезпечних чинників (надзвичайні ситуації, аварійні режими тощо), так і при монотонному (безаварійному) функціонуванні об’єктів небезпеки. Проаналізовано теоретичні основи комплексного підходу до управління екобезпекою, який базується на всебічному вивченні умов формування небезпеки і домінуванні технічних методів регулювання її станів, визначено структуру екологічної небезпеки. Зазначено, що недостатньо вивчено роль чинників пилового забруднення у формуванні екологічної небезпеки регіонального рівня. Обґрунтовано необхідність подальшої деталізації та конкретизації ієрархічної структури екологічної небезпеки стосовно підвидів техногенного її класу. Встановлено необхідність проведення моніторингу проявів екологічної небезпеки, сформованої чинниками техногенного пилового забруднення атмосферного повітря на рівні аналізу конкретних технологічних процесів утворення небезпечних чинників з метою виявлення об’єктів, які вносять суттєвий вклад у формування небезпеки, а також раніше неврахованих джерел екологічної небезпеки.
Результати проведеного аналізу надали можливість сформулювати значимість поставлених в дисертаційній роботі наукових задач та виділити основні напрямки проведення досліджень з управління екологічною безпекою стосовно чинників техногенного пилового забруднення атмосферного повітря.
Другий розділ “Методологічні основи аналізу умов формування еконебезпеки при дії чинників техногенного пилового забруднення та методи оцінки її стану” присвячено аналізу особливостей формування регіональної екологічної небезпеки, пов’язаної з впливом на довкілля чинників пилового забруднення атмосферного повітря, а також викладенню методів оцінки стану еконебезпеки, сформованої інтенсивною дією зазначених чинників.
Стратегія досліджень стосовно формування небезпек різного генезису основана на визначенні місця певного виду чи підвиду еконебезпеки в її ієрархічній структурі. В роботі розроблена структурна схема техногенної небезпеки (рис. 1), яка деталізує і конкретизує загальну ієрархічну структуру екологічної небезпеки, що наведена у наукових публікаціях Шмандія В.М. Розроблена структура включає види, які сформовані чинниками (підвидами небезпеки) забруднення навколишнього середовища. Серед зазначених на схемі основних підвидів небезпеки ми акцентуємо увагу на чинниках пилового забруднення, що обумовлено їх негативним впливом на основні компоненти геосфери.
Забезпечення екологічної безпеки в умовах інтенсивного пилового забруднення, як правило, досягається шляхом застосування і вдосконалення пилоочисного обладнання. Побічним ефектом впровадження цих заходів є збільшення обсягів відходів, що утворюються в процесі пилоочищення. Неефективне складування значної кількості таких відходів створює загрозу вторинного забруднення атмосферного повітря. Зазначені обставини обумовлюють необхідність диференціації джерел еконебезпеки з виділенням первинного і вторинного забруднення атмосферного повітря.
Виникнення джерел первинного і вторинного забруднень на прикладі конкретного технологічного процесу промислового виробництва схематично зображено на рис. 2. Первинне пилове забруднення розглядається як процес надходження пилоподібних забруднювачів в атмосферне повітря з стаціонарних (організованих та неорганізованих) та (або) пересувних джерел в межах технологічного процесу промислового виробництва. Джерелами вторинного пилового забруднення є місця зосередження промислових відходів даного виробництва, на території яких можливе складування пилоподібних речовин і матеріалів, які виведено за межі основного технологічного процесу і для утилізації та рекуперації яких на цей час відсутні ефективні технології.
Неврахування джерел вторинного пилового забруднення при проведенні моніторингу стану еконебезпеки (що на теперішній час спостерігається повсюди) не дає можливості об’єктивно оцінити внесок зазначеного підвиду у формування екологічної небезпеки на регіональному рівні.
Базисом для оцінки негативного впливу зазначених джерел на стан атмосферного повітря є аналіз процесу вторинного пилового забруднення з точки зору утворення та просторового поширення забруднювачів.
Для встановлення кількісних характеристик викидів пилу з місць складування пилоподібних відходів розроблено метод визначення величини валового викиду пилу з джерел вторинного забруднення, який ґрунтується на значеннях добових обсягів утворення пилоподібних відходів та кількості діб на рік, протягом яких можливе інтенсивне надходження пилу в атмосферне повітря; також запропоновано застосовувати адаптований до умов досліджень розрахунковий метод (Держкомгідромет, 1986), який призначено для визначення величини питомого здування пилу з відкритих відвалів в залежності від швидкості вітру і вмісту часток пилу розміром < 10 мкм.
З метою оцінки умов формування та проявів небезпеки, сформованої чинниками пилового забруднення, в роботі використано наступні методи:
1. модифікований метод комплексної оцінки рівня техногенної небезпеки промислових об’єктів – для визначення реальних умов формування еконебезпеки під дією чинників пилового забруднення атмосферного повітря;
2. метод кореляційно-регресивного аналізу часових рядів – для встановлення впливу конкретних проявів екологічної небезпеки на стан здоров’я населення.
Експрес-оцінка внеску джерел забруднення атмосферного повітря у формування рівня техногенної небезпеки проводиться на основі чисельних значень показника Т:
(1)
де Т - показник техногенної небезпеки, сформованої чинниками пилового забруднення атмосферного повітря;
КТ - регіональний коефіцієнт господарської диференціації території;
ККМ - коефіцієнт, що залежить від чисельності мешканців, які піддаються впливу проявів техногенної небезпеки;
Кр - коефіцієнт, що враховує рельєф місцевості;
Киі - коефіцієнт, який залежить від характеристик джерел викидів;
i - показник, що відображає ступінь негативного впливу одиниці маси визначеного інгредієнта, що міститься у викидах в атмосферу, на навколишнє середовище;
Мi - річна маса інгредієнтів, що містяться у викидах в атмосферу, т /рік;
N - кількість інгредієнтів.
Градацію рангів промислових підприємств за рівнем техногенної небезпеки запропоновано проводити відповідно до значень показника Т (таблиця 1).
Таблиця 1
Градації техногенної небезпеки підприємств
Значення показника Т | Рівень техногенної небезпеки підприємства | Ранг | 0 – 102 | Найнижчий | 1 | 102 – 103 | Низький | 2 | 103 – 104 | Підвищений | 3 | > 104 | Високий | 4 | Методичний підхід до дослідження впливу чинників пилового забруднення на стан здоров’я населення полягає у тому, що надається кількісна просторово-часова характеристика проявів екологічної небезпеки на територіях, що досліджуються і здійснюється вивчення стану здоров’я населення. Захворюваність населення обраного району охарактеризовано сумарним показником Р (кількість захворілих на 1 тис. населення) та індексом здоров’я населення Н:
(2)
де N – загальна чисельність обраної групи населення на території, що досліджується;
Nt – чисельність населення, захворілого за обраний період.
При аналізі проявів екологічної небезпеки використані значення середньорічних концентрацій Сср інгредієнту, який контролюється та індекс техногенної безпеки F:
, (3)
де j – безрозмірний нормований показник екологічної небезпеки, який у випадку негативної дії одного забруднювача на один компонент геосфери (атмосферне повітря) виражається відношенням фактичної концентрації речовини в приземному прошарку атмосфери до гранично-допустимого значення цієї концентрації (ГДКм.р.).
Коефіцієнт F може приймати значення від 0 до 1 і його зростання буде вказувати на підвищення рівня техногенної безпеки.
За умов збігу у часі тенденцій зміни параметрів H, F, P, а також при встановленні кореляційних залежностей між ними, можна зробити висновок, що прояви екологічної небезпеки, пов'язані з присутністю даного інгредієнта в певних концентраціях, істотно впливають на розвиток аналізованої групи хвороб на обраній території.
Аналіз експериментальних залежностей зазначених параметрів від часу проводиться з використанням методів кореляційно-регресивного аналізу часових рядів. При цьому досить загальною математичною (стохастичною) є модель виду:
(4)
де y(t) – функція від часу параметрів H, F, P, Ccp;
f(t) – повністю детермінована послідовність - статистичні дані, одержані шляхом довгострокових спостережень, f(t) являє собою повільно мінливий часовий ряд, який можна виразити поліномом досить низького (третього) ступеня;
u(t) - випадкова послідовність, яка обумовлена впливом неврахованих у моделі чинників.
Для встановлення кореляційних зв’язків між параметрами, що визначають стан екобезпеки (небезпеки) та здоров’я (захворюваності) населення використано парні коефіцієнти кореляції. Чим ближче значення коефіцієнтів кореляції до одиниці, тим більше ступінь впливу проявів обраного підвиду техногенної небезпеки на стан здоров’я населення.
Наведені методологічні аспекти є підґрунтям для проведення експериментальних досліджень, зокрема, детального моніторингу формування, розвитку та проявів еконебезпеки, сформованої чинниками техногенного пилового забруднення атмосферного повітря.
У третьому розділі “Моніторинг стану еконебезпеки, сформованої чинниками пилового забруднення атмосферного повітря в конкретному техногенно навантаженому регіоні” наведено результати досліджень стану еконебезпеки зазначеного підвиду на прикладі Кременчуцького соціально-промислового району (КСПР).
На основі аналізу стану забруднення приземного прошарку атмосфери в межах зон селітебної забудови встановлено неприйнятний стан екологічної небезпеки стосовно зазначеного чинника (в середньому, по роках, концентрація пилу перевищує ГДКм.р. в 1,3 рази). Визначено вклад у формування рівня небезпеки основних джерел пилового забруднення.
Системний аналіз поводження з тонкодисперсними пилоподібними відходами виробництва на промислових підприємствах в КСПР дозволив визначити джерела вторинного пилового забруднення, основними з яких є місця складування відходів пилоочищення виробництв гранітного щебеню. Сумарна кількість зазначених промислових відходів, що на сьогодні вивозять у відвали, в регіоні дослідження складає 2500-3000 т/рік.
Результати моніторингу обумовили необхідність встановлення реальних умов формування та проявів екологічної небезпеки зазначеного підвиду з урахуванням джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря.
Четвертий розділ “Визначення реальних умов формування та проявів еконебезпеки з урахуванням джерел вторинного пилового забруднення” присвячено експериментальним дослідженням з встановлення параметрів джерел вторинного пилового забруднення в КСПР для врахування їх внеску у формування еконебезпеки зазначеного підвиду.
З метою встановлення основних характеристик раніше неврахованих джерел пилового забруднення проводились експериментальні дослідження в лабораторних умовах та шляхом натурних спостережень. Найбільш вагомими чинниками, що впливають на кількісні показники обсягів надходження пилу з зазначених джерел забруднення, є дисперсність часток пилу, швидкість вітру, вологість атмосферного повітря, опади (у вигляді дощу і мокрого снігу). Результати наведені на рис. 3 та 4.
При швидкостях вітру 7-10 м/с час, необхідний на відновлення здування пилу з поверхні місць складування, змінюється незначно і складає близько 3 годин. При відносній вологості 99% інтенсивність здування пилу зменшується на 25 %, в той самий час вологість відходу збільшується в 16 разів (з 0,11% до 1,69%).
Між результатами експериментальних досліджень та розрахунків здування пилу встановлено розбіжність, яка не перевищує 20 % (рис.5).
Це підтверджує доцільність практичного використання методів, рекомендованих Держкомгідрометом, для одержання чисельних значень питомого здування пилу неорганічного з вмістом SiO2>70%.
Одержані результати дозволили встановити основні характеристики (г/с, т/рік) джерел вторинного пилового забруднення в КСПР. На основі використання наведеного у розділі 2 методу (формула 1), встановлено чисельні значення показника техногенної небезпеки Т промислових підприємств КСПР з урахуванням внеску джерел вторинного забруднення (таблиця 2).
Таблиця 2
Техногенна небезпека промислових об’єктів з урахуванням внеску джерел вторинного пилового забруднення
Промислове підприємство | Значення показника Т | Без урахування вторинного забруднення | З урахуванням внеску джерел вторинного забруднення | ККУ “Кварц” | 772,8 | 1074,7 | Крюківський гранкар’єр | 1027,3 | 2090,2 | Малокохнівський гранкар’єр245,1 | 813,9 | Для оцінки впливу проявів небезпеки на стан здоров’я населення у регіоні дослідження виділено зони селітебної забудови з підвищеним рівнем концентрації сілікозонебезпечного пилу, які розміщені поблизу промислових підприємств – основних джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря в КСПР. Розміри вказаних територій встановлено за результатами розрахунку розсіювання викидів на ЕОМ з використанням програмного комплексу “ЕОЛ”.
Із застосуванням методу кореляційно-регресивного аналізу часових рядів на основі вивчення залежностей H(t) та F(t) (рис. 6) встановлено достатньо високі значення коефіцієнтів кореляції (0,70 – 0,95) по виділених зонах.
За результатами проведених досліджень встановлено:
1. при врахуванні внеску джерел вторинного забруднення спостерігається підвищення рівня техногенної небезпеки підприємств (табл. 2);
2. в зонах безпосередньої дії джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря встановлено підсилення впливу проявів екологічної небезпеки на стан захворюваності населення стосовно певних нозологічних форм.
Результати проведених досліджень є практичним підґрунтям для розробки та реалізації системи управління екобезпекою стосовно джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря у зазначеному районі.
У п’ятому розділі “Система управління екологічною безпекою в регіоні з інтенсивним вторинним пиловим забрудненням атмосферного повітря” розроблено комплексну систему техніко-технологічного управління екологічною безпекою в умовах інтенсивної дії джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря.
Теоретичним базисом побудови зазначеної системи є сукупність принципів, розроблених на основі всебічного аналізу та узагальнення результатів попередніх теоретичних досліджень та практичного досвіду з управління екологічною безпекою на регіональному рівні (рис.7).
За результатами моніторингу формування і проявів у КСПР підвиду еконебезпеки, що досліджується, загальну систему управління екологічною безпекою (рис. 8) деталізовано та конкретизовано стосовно регіональної домінанти підвиду екологічної небезпеки, сформованої джерелами вторинного пилового забруднення атмосферного повітря – місць складування пилоподібних відходів пилоочищення виробництв гранітного щебеню.
Підсистема І (інженерно-технічного управління) реалізується безпосередньо на об’єктах впливу (джерелах небезпеки).
Елемент управління цієї підсистеми включає два технічні управлінські рішення, дія яких є первинною, попереджуючою, спрямованою на послаблення негативного впливу джерел небезпеки шляхом запобігання та обмеження проявів небезпеки.
Результатом реалізації рішень запобігаючого характеру є тимчасове припинення надходження пилу в атмосферне повітря з джерел вторинного забруднення при несприятливих метеорологічних умовах. Результатом реалізації управлінських рішень обмежуючого характеру є встановлене за результатами інструментальних замірів зменшення на 50-60% обсягів надходження у атмосферне повітря тонкодисперсних пилоподібних забруднювачів з місць складування відходів і, відповідно, рівня техногенної небезпеки зазначеного підвиду.
Підсистема ІІ (організаційно-технічного управління) забезпечує послаблення чи ліквідацію проявів еконебезпеки, що виникла поза межами техногенного об’єкту внаслідок недостатньої ефективності застосування управлінських рішень підсистеми І, і має два елементи управління.
Застосування управлінських рішень першого елементу реалізує закономірність управління екологічною безпекою, що полягає у забезпеченні прийнятної просторової структуризації небезпеки на рівні погодження проектних рішень і під час експлуатації техногенно небезпечних об’єктів.
Другий елемент управління підсистеми ІІ забезпечує запобігання негативного впливу на довкілля джерел небезпеки шляхом їх ліквідації і є пріоритетним.
Одним з напрямків реалізації управлінського рішення цього елементу є запропонований спосіб використання пилоподібних відходів у якості основи для одержання порошкових чистильно-миючих композицій побутового призначення (патент України № 9691). Інший напрямок полягає в комплексному використанні відходу виробництва гранітного щебеню сумісно з відходами нафтопереробного та нафтотранспортного комплексів (відпрацьованими розчинами виробництва алкілбензолів та кубових залишків виробництва синтетичних ефірних спиртів) для одержання пастоподібних чистильно-миючих засобів технічного призначення. При випробуванні останніх встановлено, що вони ефективно очищують поверхню металів від механічних забруднень, високомолекулярних і органічних сполук. Розроблено схему використання відходів (рис. 9).
Реалізація управлінського рішення в регіоні досліджень дозволяє зменшити кількість зазначених відходів, що у теперішній час вивозяться у місця складування, на 2500 – 3000 т/рік й, відповідно, знизити рівень техногенного пилового забруднення атмосферного повітря.
Таким чином, за результатами теоретичних узагальнень, експериментальних та прикладних досліджень у техногенно навантаженому регіоні створено реальну систему управління екологічною безпекою стосовно підвиду небезпеки, сформованої джерелами вторинного пилового забруднення атмосферного повітря, розроблено та реалізовано конкретні технічні рішення щодо ліквідації джерел небезпеки шляхом залучення тонкодисперсних пилоподібних відходів виробництва в процеси одержання продукції цільового призначення.
ВИСНОВКИ
У дисертації здійснено подальший розвиток науково-практичних аспектів управління екологічною безпекою на регіональному рівні для вирішення наукового завдання, що полягає у встановленні особливостей формування екологічної небезпеки індустріально розвиненого регіону в умовах техногенного пилового забруднення атмосферного повітря та розробці на цій основі системи техніко-технологічних заходів забезпечення екологічної безпеки, стосовно підвиду екологічної небезпеки, сформованої чинниками вторинного пилового забруднення атмосферного повітря.
1. Розширено та деталізовано ієрархічну структуру екологічної небезпеки стосовно видів і підвидів її техногенного класу та зазначенням місця чинників пилового забруднення, забезпечено пластичність цієї структури щодо впливу чинників хімічного і, у тому числі, пилового забруднення на стан основних компонентів геосфери.
2. Встановлено специфічні особливості формування екологічної небезпеки при дії чинників пилового забруднення, обґрунтовано диференціацію джерел небезпеки з виділенням первинного і вторинного (стосовно основного технологічного процесу промислового виробництва) пилового забруднення атмосферного повітря. Розроблено методологію оцінки впливу на стан атмосферного повітря джерел вторинного пилового забруднення. Запропоновано методичний підхід щодо оцінки стану екологічної безпеки в умовах інтенсивного пилового забруднення атмосферного повітря, який базується на застосуванні:
1. модифікованого методу комплексної оцінки рівня техногенної небезпеки промислових об’єктів – для визначення реальних умов формування еконебезпеки під дією чинників пилового забруднення атмосферного повітря;
2. методу кореляційно-регресивного аналізу часових рядів – для встановлення впливу конкретних проявів екологічної небезпеки на стан здоров’я населення.
3. Проведено моніторинг розвитку та проявів еконебезпеки, сформованої чинниками техногенного пилового забруднення, у конкретному індустріально-розвиненому регіоні – Кременчуцькому соціально-промисловому районі. Здійснено моніторинг раніше неврахованих джерел надходження у довкілля пилоподібних речовин. Встановлено, що основними джерелами вторинного пилового забруднення атмосферного повітря є місця складування відходів пилоочищення виробництв гранітного щебеню – відвали гірської породи.
4. Результати лабораторних досліджень та натурних спостережень з визначення основних характеристик джерел вторинного пилового забруднення в КСПР дозволили встановити реальні умови формування підвиду еконебезпеки, що досліджується, з урахуванням вкладу зазначених джерел. Встановлено підсилення впливу проявів екологічної небезпеки на стан захворюваності населення стосовно певних нозологічних форм в зонах безпосередньої дії джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря.
5. Встановлено загальні принципи управління екологічною безпекою при дії чинників техногенного пилового забруднення атмосферного повітря. На прикладі КСПР розроблено реальну систему управління екологічною безпекою стосовно регіональної домінанти підвиду еконебезпеки, сформованої чинниками вторинного пилового забруднення атмосферного повітря – місць складування пилоподібних відходів виробництва гранітного щебеню. Система включає підсистеми інженерно-технічного і організаційно-технічного управління, елементи управління і конкретні технічні рішення.
6. Апробовано та рекомендовано до впровадження розроблені технічні рішення щодо ліквідації джерел небезпеки шляхом використання пилоподібних відходів для одержання продукції господарського призначення. Встановлено, що практичне застосування запропонованих технологічних схем дозволяє зменшити на території КСПР кількість тонкодисперсних пилоподібних відходів, що у теперішній час вивозяться у місця складування, на 2500 – 3000 т/рік й, відповідно, знизити рівень техногенного пилового забруднення атмосферного повітря.
7. Результати дисертаційних досліджень щодо умов формування еконебезпеки, та системи управління екобезпекою використовуються в навчальному процесі підготовки фахівців за напрямком 0708 – “Екологія” у Кременчуцькому державному політехнічному університеті.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Бахарєв В.С. Теоретичні аспекти формування регіональної екологічної небезпеки, пов’язаної з пиловим забрудненням атмосферного повітря // Вісник КДПУ. – Кременчук: КДПУ. – 2005.– №2(31). – С.92-95.
2. Бахарєв В.С. Система управління екологічною безпекою в регіоні з інтенсивним вторинним пиловим забрудненням атмосферного повітря // Вісник КДПУ. – Кременчук: КДПУ. – 2005.– №1(30). – С.106-109.
3. Бахарєв В.С. Оцінка рівня техногенної небезпеки промислових підприємств в умовах пилового забруднення атмосферного повітря // Вісник КДПУ. – Кременчук: КДПУ. – 2005.– №5(34). – С.121-125.
4. Шмандій В.М., Бахарєв В.С. Екологічні проблеми територіально-виробничого комплексу Середнього Придніпров’я // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные труды КГПИ – Кременчуг: КГПИ.– 1999.– Вып.1, Разд.5: Экология и техногенная безопасность.– С.390-392.
5. Бахарєв В.С., Шмандій В.М., Костін В.В. Порівняльний аналіз ефективності різних методів визначення показника техногенної небезпеки урбосистем // Вісник КДПУ.– Кременчук: КДПУ.– 2002.– №5(16). - С.139-143.
6. Шмандій В.М., Бахарєв В.С. Порівняльний аналіз показників екологічної небезпеки різнопрофільних промислових підприємств у Кременчуцькому соціально-промисловому регіоні // Вісник КДПУ.– Кременчук: КДПУ.– 2004.– №5(28). - С.114-118.
7. Шмандий В.М., Бахарев В.С. Уменьшение техногенной нагрузки карьеров за счет переработки пылеобразных отходов производства гранитного щебня // Проблемы создания новых машин и технологий: Научн. труды КГПУ.– Кременчуг: КГПУ.–2000.– Вып.2, Разд.11: Экология и техногенная безопасность.– С.589-591.
8. Бахарєв В.С., Козловська Т.Ф. Шляхи визначення імунної стійкості організму людини в умовах дії техногенних джерел пилового забруднення // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. – №4/2 (16). – С.138-141.
9. Бахарєв В.С. Особливості формування екологічної небезпеки в умовах пилового забруднення атмосферного повітря // тези доповідей V Всеукраїнської науково-практичної конференції “Біосферно-ноосферні ідеї В.І. Вернадського та еколого-економічні проблеми розвитку регіонів”. – Кременчук: КДПУ, 2005. – С. 85-86.
10. Бахарєв В.С., Шмандій В.М. Вплив чинників пилового забруднення атмосферного повітря на стан здоров’я населення в регіонах з розвиненим промислово-транспортним комплексом // тезисы 65 Международной научно-практической конференции “Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта”. – Днепропетровск: ДНУ Железнодорожного транспорта им. акад. В.Лазаряна, 2005. – С. 239-240.
11. Пат. 9691 Україна, МКІ 7 С11D17/04. Застосування шламів пилоочищення – відходів виробництва гранітного щебеню / В.С. Бахарєв – № u200502143; Заявл. 09.03.05; Опубл. 17.10.2005. Бюл. № 10. – 2 с.
Анотація
Бахарєв В.С. Екологічна безпека регіону в умовах техногенного пилового забруднення атмосферного повітря. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 21.06.01 – екологічна безпека. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2006.
Здійснено подальший розвиток науково-практичних аспектів управління екологічною безпекою на основі оцінки умов формування екологічної небезпеки та розробки конкретних технічних рішень щодо забезпечення прийнятного стану регіональної еконебезпеки. Розширено та деталізовано ієрархічну структуру еконебезпеки стосовно видів і підвидів техногенного класу антропогенного типу небезпеки із зазначенням місця чинників пилового забруднення. Доведено доцільність диференціації джерел екологічної небезпеки з виділенням первинного і вторинного пилового забруднення атмосферного повітря. На основі моніторингу джерел техногенного пилового забруднення в конкретному індустріально розвиненому регіоні визначено реальні умови формування екологічної небезпеки з урахуванням вторинного пилового забруднення атмосферного повітря. Встановлено підсилення впливу проявів екологічної небезпеки на стан захворюваності населення стосовно певних нозологічних форм в зонах безпосередньої дії джерел вторинного пилового забруднення атмосферного повітря. Визначено загальні принципи управління екологічною безпекою при дії чинників техногенного пилового забруднення атмосферного повітря. Розроблено систему управлінських технічних рішень щодо досягнення прийнятного рівня еконебезпеки, сформованої джерелами вторинного пилового забруднення атмосферного повітря. Технічні рішення системи апробовано та рекомендовано до реалізації.
Ключові слова: техногенна небезпека, пилове забруднення, формування, регіон, вторинне забруднення, атмосферне повітря, технічні рішення, екологічна безпека.
Аннотация
Бахарев В.С. Экологическая безопасность региона в условиях техногенного пылевого загрязнения атмосферного воздуха. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 – экологическая безопасность. Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2006.
Диссертация посвящена решению актуальной научно-практической задачи установления особенностей формирования экологической опасности в индустриально развитом регионе под воздействием техногенного пылевого загрязнения атмосферного воздуха и разработки технических решений по управлению экологической безопасностью относительно подвида экоопасности, сформированной факторами вторичного пылевого загрязнения.
Базируясь на специфических региональных закономерностях-тенденциях формирования экологической опасности расширено и детализировано ее иерархическую структуру. В составе последней выделены виды и подвиды техногенного класса экологической опасности, установлено место факторов пылевого загрязнения. Проанализированы условия формирования техногенной опасности в условиях пылевого загрязнения атмосферного воздуха, выявлены специфические особенности. Обосновано целесообразность дифференциации источников экоопасности с выделением первичного и вторичного пылевого загрязнения (по отношению к основному технологическому процессу промышленного производства). Для оценки состояния экологической опасности в условиях техногенного пылевого загрязнения атмосферного воздуха предложено использовать: модифицированный метод оценки уровня техногенной опасности промышленных объектов, метод корреляционно-регрессионного анализа временных рядов. В качестве региона для проведения экспериментальных исследований выбран Кременчугский социально-промышленный район (КСПР), который характеризируется специфическими особенностями структуризации экоопасности. Проведен мониторинг развития и проявления экологической опасности, сформированной факторами техногенного пылевого загрязнения атмосферного воздуха, выявлены основные источники вторичного пылевого загрязнения.
Определены реальные условия формирования экоопасности с учетом источников вторичного пылевого загрязнения. Подтверждено усиление влияние пылевого загрязнения атмосферного воздуха на состояние здоровья населения в зонах КСПР, которые подвержены интенсивному воздействию указанных источников опасности.
Установлены основные принципы управления экологической опасностью при действии факторов пылевого загрязнения, на основе которых определена общая структура системы технико-технологического управления экологической безопасностью. Она состоит из подсистем (по разновидностям технического управления), последние структурированы на элементы управления, которые включают управленческие технические решения. На примере КСПР разработана реальная система управления экологической безопасностью по отношению к подвиду экоопасности, сформированной факторами вторичного пылевого загрязнения атмосферного воздуха. Техническое решение данной системы, действие которого направлено на ликвидацию источников вторичного пылевого загрязнения, реализуется на основе внедрения разработанных технологий: получения порошкообразных чистяще-моющих композиций бытового назначения; использования указанных отходов совместно с отходами нефтеперерабатывающего и нефтетранспортного комплексов для получения пастообразных чистяще-моющих технического назначения. Достоверность полученных результатов подтверждена актами внедрения и декларационным патентом Украины. Реализация предложенной системы управления экологической безопасностью имеет социально-экономический эффект, который состоит в уменьшении негативного воздействия факторов экоопасности на здоровье людей и состояние окружающей природной среды.
Ключевые слова: техногенная опасность, пылевое загрязнение, формирование, регион, вторичное загрязнение, атмосферный воздух, технические решения, экологическая безопасность.
Annotation
Baharev V.S. Ecological safety of the region in conditions of the dusty technogenic atmospheric air pollution. -Manuscript.
Dissertation on the claim of getting a technical science’s candidate degree, speciality 21.06.01- ecological safety. National university “Lviv polytechnic”, Lviv, 2006.
The further science foundations development of the ecological safety management based on the estimation of the forming ecological danger conditions and on the elaboration of the concrete technical solutions in the field of securing the ecodanger`s acceptable level was produced. The ecodanger`s hierarchical structure with the species and subspecies of the technogenic class of the danger’s anthropogenic kind was broaden and specificated with the definition of the place of dusty pollution factors. The expediency of the ecological danger with the excretion of the primary and secondary dusty pollution of the atmospheric air sources differentiation was demonstrated and proved. It was designated the real conditions of forming ecological danger taking into consideration the secondary dust atmospheric air pollution on the basis of monitoring the technogenic dusty pollution sources in the certain industrial developed region. The amplification of ecological dangers results influence at heals level of population, as for the specific kinds of diseases, in the fields of direct activity of the sources of secondary dusty atmospheric air pollution was ascertained. The general principles of the ecological safety management with the regard for the technogenic atmospheric air pollution factors influence were determined. A system of the technical-administrative decisions concerning the ecodanger`s acceptable level attainment formed by the secondary dusty atmospheric air pollution factors was worked out, approved and offered to it’s realization in the industrially developed region.
Keywords: technogenic danger, dusty pollution, forming, region, secondary pollution, atmospheric air, technical solution, ecological safety.
Бахарєв Володимир Сергійович
“Екологічна безпека регіону в умовах техногенного
пилового забруднення атмосферного повітря
Автореферат дисертації на здобуття
наукового ступеня кандидата технічних наук
Спеціальність 21.06.01 – Екологічна безпека
Підписано до друку 17.03.2006. Формат 60 90/16. Папір друкарський.
Гарнітура Times New Roman Cyr. Друк ризограф.
Ум. друк. арк. 0,9. Наклад 100 прим.
Замовлення № 10749
Віддруковано у видавничому відділі КДПУ
39614, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20.
