НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕБУДУВАННЯ

імені адмірала Макарова

Руденко Сергій Васильович

УДК 614.8:351

ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ТЕХНОГЕННО НАВАНТАЖЕНИХ УРБАНІЗОВАНИХ ЕКОСИСТЕМ

Спеціальність 21.06.01 — Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Миколаїв — 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному морському університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор Гогунський Віктор Дмитрович,

Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри управління системами безпеки життєдіяльності.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Шмандій Володимир Михайлович,

Кременчуцький державний політехнічний університет, декан факультету природничих наук, завідувач кафедри екології;

доктор технічних наук, професор Шапорев Валерій Павлович,

Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”,

завідувач кафедри хімічної техніки та промислової екології;

доктор технічних наук, професор Дмитриков Валерій Павлович,

Дніпродзержинський державний технічний університет,

кафедра біотехнології та екології.

Захист відбудеться 18 вересня 2007 р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.01 в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою: 54025, м. Миколаїв, проспект Героїв Сталінграда, 9.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою:
54025, м. Миколаїв, проспект Героїв Сталінграда, 9.

Автореферат розісланий “____” ___________ 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор ___________ М.І. Радченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Функціонування промислових підприємств, об'єктів енергетики і транспорту призводить до формування суперечностей між потребами суспільства у техногенному розвитку і завданнями стійкого соціально-економічного розвитку країни, збереження й відновлення навколишнього середовища. Їх розв’язання можливе лише за умов ефективного науково обґрунтованого управління рівнем екологічної безпеки в країні та окремих техногенно навантажених урбанізованих екосистемах.

Існуючі методи оцінки екологічної безпеки базуються на нормативному підході, що встановлює лише гранично допустимі рівні впливу на оточуюче навколишнє середовище та населення. Такий підхід не дозволяє оцінити стан безпеки в урбанізованій екосистемі та вплив негативних техногенних факторів на здоров'я населення у разі перевищення гранично допустимих рівнів забруднення. Замість цього використовуються судження типу: нижче за припустимий рівень – добре; вище за припустимий рівень – погано.

Через відсутність наукових методів оцінки рівня екологічного ризику і прогнозування впливу техногенних об'єктів на здоров'я населення, а також науково обґрунтованої методології управління складними екологічними проектами тривалий час у стадії ініціації перебував проект ліквідації промивно-пропарювальної станції (ППС), багаторічна діяльність якої призвела до катастрофічного забруднення навколишнього середовища у територіальній екосистемі мікрорайону Лузанівський м.Одеси.

Особливу небезпеку для навколишнього середовища створювали технологічні ставки, в яких упродовж тривалого часу була накопичена значна кількість нафтовмісних відходів. Світова практика ліквідації подібних об'єктів техногенної небезпеки, що створюють великомасштабні забруднення, базується на технології збирання, вивезення, утилізації й поховання нафтовмісних відходів. Для умов Одеси такі підходи неприйнятні, оскільки їх застосування призвело б до значних викидів в атмосферу забруднювальних речовин і необхідності створення спеціального полігону для поховання відходів. Тому ліквідація ППС та наслідків ії діяльності – технологічних ставків повинна здійснюватись способом, який завдає найменшої шкоди навколишньому середовищу.

Унікальність мікрорайону Лузанівський (розташування в рекреаційній зоні), відсутність прийнятних екологічно безпечних технічних рішень, масштабність проекту з підтримки екологічної рівноваги в територіальній екосистемі мікрорайону визначають актуальність вирішення науково-прикладної проблеми управління екологічною безпекою техногенно навантажених урбанізованих територій та розробки його наукових основ.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дослідження виконувалось за державною програмою “Основні напрямки екологічної безпеки і підтримки екологічної рівноваги в районі розташування промивно-пропарювальної станції Одеса-Сортувальна Одеської залізниці”, розробленої на виконання:

- доручень Президента України від 08.09.1999 р. за № 439/27343-01, від 16.09.1999 р. за № 354/28320-01 і від 05.10.1999 р. за № 22/106762-15к;

- доручень Кабінету Міністрів від 09.12.1999 р. за № 20570(2) і від 15.01.2000 р. за № 20570/2;

- рішення Одеської міської ради від 9 грудня 1999 р. за № 421-XXIII “Про комплекс заходів щодо поліпшення екологічної обстановки мікрорайону “Лузанівський”.

Метою наукового дослідження є розробка й обґрунтування теоретичних основ управління екологічною безпекою техногенно навантажених урбанізованих екосистем та їх практична реалізація в мкр. Лузанівський міста Одеси.

Для досягнення мети досліджень необхідно вирішити такі завдання:

—

—

—

—

—

—

—

Об'єкт дослідження – техногенно навантажені урбанізовані екосистеми.

Предмет дослідження – основи теорії і практики управління екологічною безпекою техногенно навантажених урбанізованих екосистем.

Методи дослідження. Результати роботи отримані з використанням методів системного аналізу (дослідження особливостей і факторів стану навколишнього середовища); математичного програмування, теорії графів і теорії множин (розробка системи моніторингу); управління проектами (планування і здійснення проекту ліквідації технологічних ставків ППС); натурного моделювання (перевірка розроблених концепцій і верифікація запропонованих моделей).

Наукові результати, що виносяться на захист, та їх новизна:

вперше: –

створено концептуальну еколого-економічну модель техногенно навантажених урбанізованих екосистем, яка враховує тенденції якісних та кількісних залежностей параметрів системи при управлінні екологічною безпекою та визначенні оптимального рівня екологічного ризику; –

розроблено метод оцінки екологічного ризику, в якому існуючі екологічні нормативи (ГДКсд і LK50) відіграють роль реперних точок, які формують координатну базу відліку системи “доза – ефект”, що дозволяє використовувати накопичений експериментальний матеріал про негативний вплив окремих техногенних факторів на стан безпеки в техногенно навантаженій екосистемі;–

створено теоретично обґрунтований метод оцінки скорочення очікуваної майбутньої тривалості життя (СОТЖ), виходячи з умов нормування екологічного ризику відносно середньосмертельних рівнів впливу і принципу низхідних ефектів від впливу техногенних факторів, який дозволяє прогнозувати наслідки їхнього впливу на людину; –

сформовано збалансовану систему показників (ЗСП) для підтримки прийняття рішення стосовно вибору ефективної альтернативи екологічного проекту й управління його реалізацією, яка являє собою сукупність взаємозалежних показників, що відображають стратегічні цілі й оцінюють критичні фактори поточного і майбутнього станів навколишнього середовища;

встановлено:–

основні властивості та можливі стани техногенно навантажених урбанізованих екосистем із використанням розробленої концептуальної моделі і показано, що сумарні витрати на охорону навколишнього середовища в екосистемі складаються з витрат у виробничій сфері, спрямованих на зменшення ризику, і необхідних витрат, спрямованих на ліквідацію наслідків ризику; –

організаційні структури управління екологічними проектами й обґрунтовано необхідність переходу до комплексної системи 4D-управління, що охоплює підсистеми управління ресурсами, персоналом, технологіями і взаємодією з оточенням проекту;

одержали подальший розвиток:–

теорія екологічної безпеки на підставі дослідження функціонального зв'язку між якістю довкілля і екологічним ризиком, що об'єктивно проявляється у вигляді скорочення очікуваної майбутньої тривалості життя; –

процеси та галузі знань, що складають основу теорії управління проектами і базуються на виявлених істотних відмінностях проектів екологічної спрямованості.

Нові наукові положення, які сформульовані на основі отриманих теоретичних та експериментальних результатів досліджень:–

рівень екологічного ризику визначається забрудненням довкілля з урахуванням існуючих нормативів (ГДКсд та LK50) і адекватно відображає стан техногенно навантажених урбанізованих екосистем, які за співвідношенням рівня екологічного ризику і сумарних витрат на охорону та відновлення довкілля можуть бути віднесені до незадовільного, недоцільного і збалансованого станів;–

ефективне управління екологічною безпекою техногенно навантажених урбанізованих екосистем здійснюється, виходячи зі співвідношення рівня екологічного ризику і сумарних витрат на охорону та відновлення довкілля.

Практичне значення отриманих результатів. Створено метод оцінки територіального екологічного ризику для дослідження екологічної обстановки, обґрунтування і здійснення заходів щодо підвищення екологічної безпеки техногенно навантажених урбанізованих екосистем. Здійснено проект ліквідації техногенно небезпечного об’єкта ППС Одеса-Сортувальна Одеської залізниці з використанням розроблених методів оцінки ефективності. Розроблено екологічно безпечну технологію ліквідації наслідків діяльності ППС – технологічних ставків, яка поєднує механічне очищення ставків від рідких нафтових залишків із біологічною обробкою забруднених нафтою твердих донних відкладень безпосередньо в річищі ставків. Розроблено і впроваджено систему екологічного моніторингу для контролю технологічних процесів при ліквідації ставків.

Особистий внесок здобувача полягає у теоретичному узагальненні й аналізі концептуальної еколого-економічної моделі екологічної системи [1...4, 10, 15, 28, 32], розробці методу розрахунку техногенного ризику [1, 18, 23, 24, 26, 30], розробці моделі керування екологічним ризиком в техногенно навантажених екосистемах [10, 14, 29], розробці методологічних засад керування екологічними проектами [3, 5...9, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 20, 23]. Інформаційно-аналітична система контролю технологічних операцій при ліквідації технологічних ставків ППС запропонована в роботах [1, 25, 27, 33]. Автор керував роботами і брав безпосередню участь у розробці та реалізації унікального проекту ліквідації техногенно небезпечних об'єктів промивно-пропарювальної станції Одеса-Сортувальна [9, 22, 27].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень представлялися й обговорювалися на IV регіональній науково-методичній конференції „Безпека життєдіяльності”, Харків, 2004; на VI і VII міжнародних науково-практичних конференціях „Сучасні інформаційні й електронні технології” СІЕТ – 2005 і СІЕТ – 2006, Одеса; на міжнародній конференції “Датчики, прилади і системи – 2005, 2006”, Черкаси – Ялта; на 11, 12 і 13 семінарах “Моделювання в прикладних наукових дослідженнях”, Одеса, 2004, 2005, 2006; на міжнародних науково-практичних конференціях “Управління проектами: стан та перспективи”, Миколаїв, 2005, 2006; на 2 і 3 міжнародних конференціях “Управління проектами в розвитку суспільства” і “Управління проектами в умовах глобалізації знань”, Київ, 2005, 2006.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 1 монографії, у 22 статтях у журналах і збірниках наукових праць, рекомендованих ВАК України, а також у 11 матеріалах наукових конференцій і семінарів.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел із 215 найменувань, 12 додатків. Повний обсяг дисертації – 351 стор., додатків – 81 стор. До дисертації входять 57 рисунків і 31 таблиця.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і завдання досліджень, відбита наукова новизна отриманих результатів і їхнє практичне значення при ліквідації техногенно небезпечних об'єктів.

У першому розділі виконаний аналіз стану проблеми оцінок впливу техногенного забруднення на здоров'я людини та методів оцінок екологічного ризику.

Показано, що наявні способи оцінки екологічного ризику, засновані на нормативному підході, коли встановлюються пороги і гранично припустимі рівні впливу, не дозволяють оцінити величину ризику не тільки у випадку надзвичайних ситуацій, але і при штатній роботі техногенно небезпечних об'єктів. Методи оцінки рівня безпеки екологічних систем за даними медичної статистики також мало ефективні, оскільки ці дані стосуються минулих періодів. Такі методи не прийнятні для оцінки ризику як при спорудженні нових потенційно небезпечних об'єктів, так і при їхній ліквідації. Тому перспективним напрямком у розвитку теорії екологічної безпеки є розробка теоретично обґрунтованих методів оцінки екологічного ризику.

У другому розділі виконана науково обгрунтована оцінка екологічного стану територіальної екосистеми мкр. Лузанівський та впливу Одеської промивно-пропарювальної станції на довкілля, обгрунтована необхідність ліквідації техногенно небезпечного об'єкта ППС та наслідків ії діяльності – технологічних ставків.

Як показав експертний аналіз, під час проектування й будівництва
мкр. Лузанівський не були враховані повною мірою вимоги будівельних норм, а саме: житлова зона і зона рекреації розміщені з навітряного боку відносно ППС. Оскільки для зазначеного району характерна перевага північного напрямку вітру, збільшення шкідливих викидів промисловими підприємствами (з північного боку) негайно позначається на стані атмосфери мкр. Лузанівський.

Основним джерелом техногенного навантаження, що формує рівень забруднення навколишнього середовища в мкр. Лузанівський, була ППС. Наявний технологічний процес обробки цистерн при відкритих горловинах цистерн і відкритому зливі з цистерн у водовідвідні лотки негативно впливав на стан навколишнього середовища.

Так, з небезпечних джерел ППС в 1999 році було викинуто 407,7т забруднюючих речовин. Серед них: діоксид сірки – 51%, оксид вуглецю – 20,3%, вуглеводні насичені С12-19 – 18,9%, діоксид нітрогену – 5,7%, сажа – 1,6%, вуглеводні ненасичені – 0,6%, ксилол – 0,57%, бензол – 0,5%, сірководень – 0,13%, фенол – 0,01 %, на частку інших специфічних шкідливих речовин припадало 0,69%. При цьому не враховані “залпові” викиди забруднювальних речовин у процесі обробки цистерн (пропарювання, миття і дегазація). Експериментальні виміри концентрацій показали значне перевищення нормативів ГДКмр стосовно основних забруднювальних речовин не тільки в зоні ППС, але і за межами її 50-метрової санітарно-захисної зони (СЗЗ). Так, на межі СЗЗ зафіксовані концентрації сірчистих сполук у межах 6,7...3,5 ГДКмр, ненасичених вуглеводнів – 7,0...21,0 ГДКмр, ксилолу – до 100 ГДКмр.

Дослідження 30-сантиметрового шару ґрунту в робочій зоні ППС показали, що зона забруднена в основному нафтопродуктами і сірчистими сполуками. В усіх пробах були наявні також важкі метали (залізо, свинець, мідь, цинк). Концентрації нафтопродуктів і сірчистих сполук виявилися максимальними в пробах, відібраних у безпосередній близькості від мийної естакади і технологічних ставків.

Відповідно до технології підготовки цистерн стоки після пропарювання і промивання цистерн спрямовувалися у відкриті ставки-накопичувачи і ставок-випарник. Випаровування води і нафтопродуктів з поверхні ставків призводили до забруднення атмосферного повітря, а важкі фракції, що містять нафту, осідаючи на дно ставків, створювали реальну загрозу забруднення Куяльницкого лиману через фільтрацію ґрунтових вод.

У третьому розділі запропонован метод розрахунку територіального екологічного ризику, в якому існуючі екологічні нормативи (ГДКсд і LK50) відіграють роль реперних точок, що формують координатну базу відліку системи “доза – ефект”. Такий підхід дозволяє використовувати накопичений попередніми дослідженнями великий експериментальний матеріал щодо впливу окремих факторів на людину й навколишнє середовище. Теоретичну базу для розвитку розрахункового методу оцінки ризику складають аксіома про потенційну небезпеку, закони Вебера-Фехнера, мінімуму Лібиха і толерантності Шелфорда, а також принцип Фармера про низхідні ефекти від впливу техногенних факторів.

У загальному випадку при забрудненні, наприклад, атмосферного повітря відповідно до закону Вебера-Фехнера наявна функціональна залежність між рівнем забруднення однією речовиною і ризиком:

, (1)

де r – рівень ризику; а – коефіцієнт пропорційності; С – концентрація шкідливих речовин; С0– найменша концентрація, при якій відчувається вплив.

У дослідженнях І.В. Саноцького показано, що залежність „доза – ефект” у логарифмічній системі координат є лінійною. Подальший розвиток уявлень щодо характеру залежності “доза – ефект”, запропонований у роботі, пов'язаний із застосуванням закону Вебера – Фехнера для опису цієї залежності і введенням нормування стосовно середньосмертельних концентрацій. У такій постановці рівень ризику характеризує імовірність смерті упродовж року від впливів техногенних факторів.

Значення верхнього рівня прийнятного індивідуального ризику в Україні прийнято таким, що дорівнює 10-6. Цьому рівню відповідає вміст домішок у повітрі з концентрацією, яка дорівнює середньодобовій гранично допустимій концентрації ГДКсд. Якщо ж концентрація шкідливих речовин у повітрі дорівнюватиме середньосмертельній С =ЛК50, то індивідуальний ризик складе r = 0,5. На підставі зазначених нормативів, визначених експериментально для кожної речовини, можна встановити дві закріплені точки залежності (1):

. (2)

Розв’язання системи рівнянь (2), коли концентрації забруднювальних речовин перевищують ГДКсд:

Для концентрацій забруднювальних речовин, що не перевищують ГДКсд, можна прийняти лінійну залежність екологічного ризику від концентрації. У цьому випадку ризик розраховується за різними формулами залежно від концентрації забруднювальних речовин:

, (3)

де b = 10-6; .

Рівності (3) дозволяють визначити екологічний ризик, а потім і скорочення середньостатистичної очікуваної тривалості майбутнього життя (СОТЖ) при відомій концентрації (С) шкідливих речовин у повітрі. Для речовин односпрямованої дії, що складають групи сумації, необхідно визначити ефективну концентрацію.

Очікуваний індивідуальний ризик rінд визначається з урахуванням часу перебування в даних умовах

де – відносний час перебування індивідуума в зоні забруднення;

D – період впливу, дні/рік.

Ризики ri, i=1,2,3…n, у разі незалежної дії множини окремих n екологічних факторів визначають рівень інтегрального ризику:

, (4)

Єдиний підхід до розрахунку ризику достатньо зручний: немає необхідності вводити множину шкал для характеристики якості середовища. Використання оцінки у вигляді відношення двох величин еквівалентне переходу від інтенсивної до екстенсивної характеристики впливу до дози, що є інтегральною величиною й визначається з урахуванням часу впливу.

З використанням розробленого методу визначено сумарний ризик і СОТЖ для постійних мешканців м. Одеси, за середніми концентраціями, що наведені у Національній доповіді про стан навколишнього природного середовища в Україні (табл. 1). При цьому враховані тільки ті речовини, рівень забруднення якими перевищує ГДКсд. Система рівнянь (3) відносить загальний ризик r відповідно до умов нормування ГДКсд до тривалості життя, яка за Гофманом дорівнює 25000 днів (68,5 років). Це дозволяє визначити річний територіальний ризик.

Таблиця 1

Оцінка екологічного ризику для м. Одеси

Речовина | Конц., ГДК | ЛК50,

мг/м3 | ГДКсд, мг/м3 | ГДКмр, мг/м3 | Ризик, рік-1

Формальдегід | 8 | 2500 | 0,003 | 0,035 | 0,0011

Фенол | 2,6 | 500 | 0,01 | 0,03 | 0,0006

Оксиди нітрогену | 2,2 | 10000 | 0,04 | 0,085 | 0,0007

Фтористий водень | 2,1 | 2350 | 0,01 | 0,03 | 0,0004

Оксид вуглецю | 3,2 | 3600 | 3 | 5 | 0,0012

Сажа | 1,6 | 20000 | 0,05 | 0,15 | 0,0003

Сумарний ризик | 0,00389

Сумарний територіальний ризик, обчислений за залежністю (4) складає
R = 0,00389 рік-1. Це означає, що постійне мешкання в м. Одесі пов’язане з ймовірністю щорічного скорочення очікуваної тривалості життя на 1,4 дні на рік або по відношенню до середньої тривалості життя СОТЖ 97 днів.

Оцінка достовірності результатів виконана шляхом зіставлення розрахункових і експериментальних даних про вплив ППС на стан здоров'я населення, отриманих Українським НДІ медицини транспорту МОЗ України. Дані про рівень забруднення житлової зони мікрорайону, що отримані співробітниками Фізико-хімічного інституту захисту навколишнього середовища і людини, відображають фактичний стан екосистеми до ліквідації ППС. Перевищення ГДКмр у рази в мікрорайоні складає: стосовно насичених вуглеводнів — від 2 до 13; діоксиду сірки — від 2 до 10; діоксиду нітрогену — від 1,1 до 5,8; сірководню — від 1,3 до 7,5.

Результати оцінки ризику від факторів, зумовлених роботою ППС наведені в табл. 2. На рис. 1 подана схема визначення мінімального і максимального значень ризику.

З урахуванням середнього ризику по Одесі (табл. 1) сумарний ризик у мкр. Лузанівський, у якому мешкає приблизно 10000 людей, складає від Rmin = 0,0041 до Rmах = 0,0069 рік-1. При визначенні Rmin враховувалися всі значення min ri, а в розрахунку Rmах — усі значення max ri (табл. 2). Відносний територіальний ризик у мкр. Лузанівський стосовно ризику по Одесі складає: Rвідн = 1,06 … 1,79.

Отримані результати оцінки ризику добре узгоджуються з даними Л.М. Шафрана і Л.І. Мураховської (УкрНДІ медицини транспорту). За цими даними відношення загальних показників захворюваності на 1000 осіб у поліклініці № 18 (мкр. Лузанівський) і по Одесі в цілому складає: 1211,1/738,1 = 1,641. За окремими нозологічними формами, наприклад, за поширеністю патології системи органів дихання відношення показників у Суворівському районі, до якого входить мкр. Лузанівський, складає: 548,5/356,6 = 1,53.

Таблиця 2

Оцінка ризику в мікрорайоні Лузанівський |

Нормативні величини | Розрахункові оцінки

Речовина | Клас | ГДКсд | ГДКмр | ЛК50 | ГДКрз | min ri | max ri

небез. | мг/м3 | мг/м3 | мг/м3 | мг/м3 | рік-1 | рік-1

СnНm | 4 | 1 | 1 | 100000 | 300 | 0,00044 | 0,00163

SO2 | 3 | 0,05 | 0,5 | 50000 | 10 | 0,00037 | 0,00122

NO2 | 3 | 0,04 | 0,085 | 140 | 2 | 0,00009 | 0,00157

H2S | 2 | 0,008 | 0,008 | 50000 | 10 | 0,00012 | 0,00094

Для оцінки достовірності результатів приймемо середнє значення відносного ризику стосовно Одеси : Rвідн.сер. = 1,583. У цьому випадку похибка оцінки загальних показників захворюваності складає +3,5 %. Похибка у прогнозуванні відносного ризику захворювань системи органів дихання становить – 3,4 %.

Зазначені похибки в прогнозуванні величини територіального ризику пов'язані не стільки з теоретичним обгрунтуванням розрахунку, скільки з особливостями медичної статистики й оцінками забруднення навколишнього середовища. Уточнення концентрацій під час моніторингу територій з визначенням динаміки зміни забруднень дозволить одержати більш точні значення показника територіального екологічного ризику.

У четвертому розділі обґрунтовані і сформульовані основні концептуальні принципи й поняття управління екологічним ризиком техногенно навантажених урбанізованих екосистем.

Прийнятним ризиком для населених зон в Україні є величина R < 1*10-6. Як прийнятне значення екологічного ризику може використовуватися також встановлена органами місцевого самоврядування величина гранично допустимого рівня екологічного ризику р.

Як вхідні параметри в розробленій моделі використовуються: З1 – витрати на захисні заходи, що забезпечують відповідний рівень екологічного ризику в системі; З2 – математичне очікування витрат на ліквідацію негативних наслідків – збитку, який стосовно людини може виражатися в різних аспектах: економічному, соціальному, моральному; р – встановлений рівень гранично допустимого екологічного ризику в територіальній екосистемі.

Приймемо вартісний вираз узагальненого показника збитку у вигляді:

З2 = kR, (5)

де R – екологічний ризик; k – ціна ризику – збиток на одиницю ризику.

За даними різних експертів ціна одиничного ризику 2•10-4 загибель/(люд•рік) для промислово розвинених країн і різних областей техносфери коливається в межах від 10 до 1000 дол/од. ризик.

Вихідним параметром є рівень оптимального екологічного ризику, що відповідає очікуваним мінімальним сумарним витратам в системі – R*.

Крива 1 на рис. 2 відбиває характерну залежність зменшення ризику при вкладенні коштів у захисні заходи в процесі розвитку виробничої сфери. Чим більші ці витрати, тим менша величина ризику, створюваного виробничою сферою. Лінія 2 виражає залежність очікуваних витрат на відшкодування збитку (5) у разі ліквідації негативних наслідків, що виникають в системі. Лінія 4 відповідає встановленому гранично допустимому рівню екологічного ризику р. Її положення відносно мінімуму кривої 3 визначає можливі стани екологічної системи.

Екологічна система знаходиться у збалансованому стані у тому випадку, коли встановлений рівень екологічного ризику р забезпечується мінімальними сумарними витратами (рис. 2, в). В іншому випадку система знаходиться в незадовільному стані (рис. 2, а) або в недоцільному стані (рис. 2, б). У першому випадку мінімум кривої 3 знаходиться праворуч від лінії 4, а в другому – ліворуч. Незадовільний стан екологічної системи свідчить про екстенсивний шлях розвитку виробничої сфери, коли збільшення валового продукту відбувається тільки за рахунок збільшення обсягу промислового виробництва, що негативно позначається на навколишньому середовищі і призводить до техногенного перевантаження екосистеми. При інтенсивному шляху розвитку виробничої сфери темпи збільшення валового продукту забезпечуються впровадженням наукоємних і ресурсозберігаючих технологій, що врешті-решт призводить до зменшення рівня екологічного ризику в системі. У цьому випадку теоретично можлива ситуація, коли екологічна система буде знаходитися в недоцільному стані, а більша частина ресурсів у виробничій сфері буде витрачатися на системи безпеки, що не завжди може бути вигідним суспільству.

a) б) в)

Рис. 2. Можливі стани екологічної системи:

а) незадовільний; б) недоцільний. в) збалансований

Економічно доцільно, щоб екологічна система перебувала у збалансованому стані, при якому встановлений рівень екологічного ризику забезпечується мінімальними витратами. Це і є коректна постановка завдання управління екологічною безпекою урбанізованих екосистем. Такий підхід дозволяє на науковій основі реалізувати на практиці вимоги відомого принципу ALARA: рівень ризику повинен бути настільки низьким, наскільки це можливо за економічних і соціальних умов.

Модель дозволяє вирішити головні завдання при розробці оптимальних форм управління екологічною системою: використовувати тенденції якісних і кількісних змін у екосистемах для формалізації цілей управління екологічною безпекою; мінімізувати сумарні витрати в процесі управління екологічною системою; встановити критерій ефективного управління системою.

Залежність З1(R) можна представити у вигляді степеневої функції:

, (6)

де а і b – параметри, що показують, як швидко зменшується рівень екоризику із збільшенням вкладених у виробничу сферу витрат на безпеку.

Сумарна крива – екологічна функція системи Е(R):

. (7)

Завдання оптимізації витрат в процесі управління екологічною системою зводиться до пошуку екстремуму залежності (7):

. (8)

Оптимальний рівень екологічного ризику в системі, що відповідає мінімальним очікуваним сумарним витратам:

. (9)

Мінімальні очікувані сумарні витрати, відповідні цьому рівню:

. (10)

Приймаючи в першому наближенні b=1, формулу (10) можна записати у вигляді:

Еmin =2kR*. (11)

З наведеної залежності (11) виходить, що чим більшою призначена ціна одиничного ризику в екосистемі, тим більші очікувані мінімальні сумарні витрати при однаковому рівні екологічного ризику.

Критерій ефективного управління екологічною системою – досягнення області області прийнятного рівня екологічного ризику, можна представити у вигляді: R* p, де р – встановлений для даної території гранічно допустимий рівень екологічного ризику. При цьому, система знаходитиметься в збалансованому стані у тому випадку, коли R* = p і при цьому величина сумарних витрат мінімальна (рис. 2, в). При R* > p система знаходиться в незадовільному та техногенно перевантаженому стані.

Розроблений алгоритм для оцінки екологічної безпеки та стану територіальної екосистеми, реалізуємо у три етапи.

1 етап – ідентифікація небезпечних об'єктів, дослідження екстенсивних і інтенсивних властивостей (характеру і об'єму) споживаних або використовуваних екологічних чинників, умов дії, визначення набору властивостей, що враховуються, і побудова структурної ієрархічної схеми взаємодії і супідрядності параметрів.

2 етап – оцінка простих властивостей, вимірювання показників Pi (наприклад, концентрації), вибір системи базових координат відліку (наприклад, ГДКсд і LK50), визначення виду залежності між показниками простих властивостей {Pi, i=1,2 ... n} і їх оцінками Ki.

3 етап – оцінка складних властивостей і стану системи в цілому.

П'ятий розділ містить розробку методології управління екологічними проектами в урбанізованих екосистемах, у тому числі проектами, що пов'язані з ліквідацією техногенно небезпечних об'єктів.

Генеральна мета (місія) екологічного проекту: відновлення екологічної рівноваги, зменшення негативного впливу на природне середовище і населення. Мета відображає ідеологію проекту і являє собою вербальну постановку завдання управління.

Цільова функція екологічного проекту являє собою кількісну міру досягнення цих цілей. Основна вимога до цільової функції полягає в тому, що вона повинна бути вимірювана, або повинні бути розроблені алгоритми, що реалізують метод розрахунку деякого кількісного вираження мети проекту. За цільову функцію екологічних проектів запропоновано прийняти узагальнений показник ефективності проекту — рівень безпеки В = 1 – R перетворюваної території, що залежить від стратегії управління проектом:

B = S, T, W, A, TE, G, I, (12)

де R – рівень екологічного ризику;

S – множина станів об'єкта;

T – множина технологій, методів, операцій;

W – множина реакцій об'єкта на зовнішні впливи;

A = QUF – множина умов;

Q – множина вхідних зовнішніх установок;

F – множина реалізацій процесів;

TE – структура керування проектом;

– операційна модель керування проектом;

– інформаційна модель керування проектом.

Результати екологічного проекту запропоновано класифікувати згідно зі схемою, наведеною на рис. 3.

До блоку результатів “природоохоронні споруди й системи безпеки у виробничій сфері” входять:

- будівництво нових об'єктів і систем екологічної безпеки;

- реконструкція об'єктів і систем екологічної безпеки;

- технічне переозброєння об'єктів і систем екологічної безпеки.

Блок результатів “товари екологічного призначення” охоплює продукцію виробництв, що здійснюють випуск продуктів екологічної спрямованості (фільтри для очищення води й повітря, каталізатори тощо).

До блоку результатів “послуги в галузі охорони навколишнього середовища” входять: проекти ОВНС; науково-дослідні проекти; проекти природоохоронних об'єктів і систем екологічної безпеки.

Блок результатів “ліквідація техногенно небезпечних об'єктів” містить результат екологічних проектів з ліквідації техногенно небезпечних об'єктів і відновлення екологічної рівноваги в зонах екологічного лиха.

Визначено типовий склад учасників екологічних проектів, юридичних чи фізичних осіб, що зацікавлені в реалізації проекту або виконують дії, передбачені проектом. До учасників проекту можуть входити замовники, інвестори, банки, підрядники, проектувальники тощо, кожний з який відстоює й домагається досягнення своїх специфічних цілей. Команда проекту здійснює менеджмент проектної діяльності в умовах турбулентного оточення.

Згідно зі стандартами методології BSC (Balanced Scorecard), розробленої
Р. Капланом і Д. Нортоном, запропонована адаптована до екологічних проектів збалансована система показників (ЗСП), що має такі базові складові:

1. Перспективи (perspectives) – основні напрямки діяльності, за якими здійснюється декомпозиція стратегічних цілей проекту. Звичайно використовуються чотири базові перспективи, що характерні і для екологічних проектів: зовнішнє середовище, фінанси, внутрішні процеси, персонал.

Роботи екологічного проекту спрямовані на перетворення навколишнього середовища. При цьому в результаті виконання проекту зовнішнє середовище переводиться в новий стан. Тому основним продуктом екологічного проекту виступає властивість екологічної системи – якість навколишнього середовища. А параметрами, що виражають якість навколишнього середовища, можуть служити концентрації забруднювальних речовин або комплексний показник – екологічний ризик. Із поліпшенням якості навколишнього середовища пов'язане зменшення рівня захворюваності й збільшення середньої тривалості життя.

Фінансова складова ЗСП визначає управління витратами і змістом робіт проекту. Внутрішні процеси спрямовані на втілення планів проекту й удосконалювання застосовуваних у проекті технологічних рішень.

Навчання і кар'єрне просування виконавців є обов'язковими умовами прогресу команди проекту. Публікації наукових праць, участь у конференціях, симпозіумах і виставках формують професійний імідж команди проекту. Ця складова ЗСП підтверджує очікування всіх учасників проекту на те, що в проекті використані новітні технології, а також переконує оточення проекту в тому, що команда проекту здатна якісно керувати проектом.

2. Стратегічні цілі (objectives) – цільові настанови у вигляді коротких тверджень, що визначають напрямки реалізації екологічного проекту. Головна стратегічна мета екологічного проекту – поліпшення стану навколишнього середовища. До стратегічних цілей природоохоронних проектів можна віднести:

- зниження рівня екологічного ризику в системі;

- підвищення якості життя населення;

- мінімізацію витрат на здійснення проекту;

- реалізацію проекту без шкоди для навколишнього середовища;

- підвищення кваліфікації учасників проекту.

3. Показники (measures) – дані, що відбивають ступінь досягнення стратегічних цілей і оцінюють результати екологічного проекту.

Ступінь досягнення цілей екологічних проектів (їхня ефективність) визначені за допомогою показників загального екологічного й загального соціально-економічного результатів проекту.

Як показники, що оцінюють “екологічні” результати, в моделі ЗСП можуть використовуватися наступні величини: концентрація хімічних речовин, рівень акустичного впливу, рівень іонізуючого випромінювання, рівень електромагнітних коливань тощо. Узагальненими показниками, що відображають рівень досягнення головної мети екологічного проекту, виступають показники абсолютної і відносної екоефективності проекту.

Показник абсолютної екологічної ефективності проекту Pa визначимо як відношення величини екологічного ризику Rfin після завершення проекту до рівня прийнятного ризику Rnorm для даного регіону:

. (13)

Показник відносної екологічної ефективності проекту Po визначимо у вигляді відношення величини екологічного ризику RTo до початку проекту до величини екологічного ризику Rfin після завершення проекту:

, (14)

де Т0 – індекс початку проекту.

Соціальні результати – це поліпшення фізичного розвитку населення, зменшення захворюваності і, врешті-решт, збільшення тривалості життя й періоду активної діяльності. Як узагальнений показник, що оцінює ці результати, пропонується використовувати величину СОТЖ.

Економічні результати проекту полягають у мінімізації інвестиційних витрат проекту Z, а також зменшенні майбутніх витрат, пов'язаних із запобіганням збитку від забруднення навколишнього середовища В, приросту додаткового прибутку від заощадження (поліпшення) природних ресурсів і утилізації відходів.

Як узагальнені показники економічних результатів екологічного проекту запропоновано використовувати:

- показник очікуваного чистого економічного ефекту природоохоронних заходів, що визначається як відношення економічного результату (Е), який досягається завдяки цим заходам, до витрат на їхнє здійснення (Z), тобто

Кче = Е/Z . (15)

Економічний результат природоохоронних проектів (Е) виражається в сумі величини річного економічного збитку, що запобігається ними, від забруднення середовища (Ззс) і додаткового прибутку (?П), тобто

Е = Ззс + ?П . (16)

Величина відверненого економічного збитку від забруднення середовища (Ззс) дорівнює різниці між розрахунковими величинами збитку до здійснення проекту (Ззс1) і залишкового збитку після проведення проекту (Ззс2):

Ззс = Ззс1 – Ззс2 . (17)

- показник порівняльної економічної ефективності витрат (Кпе) при одноетапних інвестиціях визначається величиною мінімально необхідних сумарних витрат, що складаються з інвестиційних вкладень і експлуатаційних витрат, наведених з річної розмірності з урахуванням фактора часу. Він використовується для вибору найбільш ефективного варіанту технічних рішень, що забезпечують однаковий рівень ризику після реалізації проекту:

Кпе = Z* Nd + В, (18)

де Nd – норма дисконту;

В – експлуатаційні витрати.

Технологічна безпека проекту контролюється за допомогою показника поточного рівня екологічного ризику.

Виконання проекту не повинне супроводжуватися підвищенням екологічного ризику або збільшенням концентрацій забруднювальних речовин:

,

де Rt — поточний екологічний ризик.

Карта стратегічних завдань екологічного проекту, що відображає логічний зв'язок ключових цілей і показників проекту, наведена в табл. 3, а карта збалансованих показників, що відображає причинно-наслідкові зв'язки між ними - на рис. 4.

4. Цільові значення (targets) – кількісні вирази рівня, до якого повинен бути спрямований той чи інший показник під час реалізації стратегії екологічного проекту. Основним нормованим показником екологічного проекту є очікуваний рівень екологічного ризику після завершення проекту

Rfin < normative= р,

де p — встановлена для даної території величина гранично допустимого рівня екологічного ризику.

З огляду на те, що запропоновані показники екологічного проекту різною мірою характеризують його ефективність, кожному з них експертним шляхом було визначене своє вагове значення (табл. 4).

Для прийняття рішення стосовно вибору проектної альтернативи й оцінки її ефективності, використовуючи дані табл. 4, визначають відносні, а потім і зважені оцінки кожного показника. Загальний рейтинг (комплексний показник) запропонованих проектних альтернатив проекту визначається як сума зважених оцінок за окремими показниками.

Таблиця 3

Карта стратегічних завдань екологічного проекту

Перспективи | Стратегічні цілі | Показники | Цільові
показники

Зовнішнє

середовище | Поліпшення стану навколишнього середовища | - рівень екологічного ризику (відносний і абсолютний) | Гранично допустимий рівень екологічного ризику:

Покращення
якості життя населення |

- СОТЖ |

СОТЖ

Фінанси |

Мінімізація витрат проекту |

- очікуваний економічний ефект;

- порівняна ефективність витрат. | Кче

Кпе

Внутрішні

процеси | Реалізація проекту без шкоди для навколишнього середовища |

- технологічна безпека

Навчання персоналу | Підвищення кваліфікації учасників проекту | - професійний рівень команди | Наукові публікації, конференції, семінари

Таблиця 4

Вагові значення показників ефективності екологічного проекту

Показники | Вага, (%)

Екологічні | 50

Абсолютна ефективність | 25

Відносна ефективність | 25

Соціальні | 20

Скорочення очікуваної тривалості майбутнього життя (СОТЖ) | 20

Економічні | 15

Очікуваний економічний ефект | 7,5

Порівняна ефективність витрат | 7,5

Технологічні | 15

Терміни реалізації | 5

Технологічна безпека | 5

Професійний рівень команди | 5

Шостий розділ містить розробку технології ліквідації технологічних ставків ППС і аналіз стану навколишнього середовища після їхньої ліквідації і закриття ППС.

Для розробки ефективної технології ліквідації ставків необхідно володіти достовірними кількісними та якісними показниками вмісту ставків і екологічного стану прилеглої до них території. У результаті досліджень уміст ставків був поділений на кілька шарів (рис. 5): верхній шар – вода, що містить нафту, середній шар – рідкі нафтозалишки і нижній шар – тверді донні відкладення (ТДВ).

Рис. 5. Пошаровий розподіл нафтових відходів у технологічних ставках:

1 – вода, що містить нафту; 2 – рідкі нафтозалишки; 3 – тверді донні відкладення

За результатами дослідження визначені такі кількісні показники вмісту технологічних ставків:

- об’єм води, що містить нафту, в ставку-випарнику – 33950 м3;

- об’єм води, що містить нафту, в ставках-нагромаджувачах – 8650 м3;

- об’єм рідких нафтозалишків у ставку-випарнику – 26108 м3;

- об’єм рідких нафтових залишків у ставках-нагромаджувачах – 9115 м3.

Середня товщина шару ТДВ склала в ставку-випарнику 0,25 м, у ставках- накопичувачах – 0,5 м.

Якісний склад шарів визначався на основі лабораторних досліджень відібраних зразків. Концентрація всіх забруднювачів у воді ставків, крім нафтопродуктів, не перевищувала дозволені концентрації для ППС у скидах. Тому для забезпечення можливості скидання цієї води у каналізацію необхідно очистити її до залишкової концентрації нафтопродуктів, яка не перевищує дозволену 2,0 мг/л.

Середній шар являв собою важкі і високов'язкі нафтозалишки в суміші з водою у вигляді “зворотної” емульсії типу вода в нафті зі вмістом у ній води порядку 40-60%. Щільність такої суміші складає 0,990-1,01 т/м3. У літній період під дією температури нафтозалишки з цього шару частково спливали на поверхню ставків.

Нижній шар – донні відкладення ставків – являв собою суміш важких вуглеводневих фракцій із механічними домішками. Щільність зразків ТДВ складала 1,5...1,8 т/м3, вологовміст – близько 49 %. Результати лабораторних аналізів проб ТДВ