close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

704.Совершенствование оценки экологической безопасности урбанизированных территорий с учетом допороговых показателей антропогенного воздействия. Дис.

код для вставкиСкачать
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Волгоградский государственный технический университет»
На правах рукописи
КУРЫЛЕВА ЛАРИСА ВИКТОРОВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
С УЧЕТОМ ДОПОРОГОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
05.23.19 Экологическая безопасность строительства и
городского хозяйства
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Голованчиков Александр Борисович
Волгоград - 2014
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………...
ГЛАВА 1.
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………………..
1.1
Анализ
негативных
воздействий
и
Оценка
основного
топливно-энергетического
антропогенного
комплекса,
фактора
Экологические
подходы
к
оценке
12
как
загрязнения
городской среды……………………………………………...
1.3
12
загрязнений
урбанизированных территорий……………………………...
1.2
6
18
воздействия
техногенных процессов на среду жизнедеятельности
человека……………………………………………………….
1.4
23
Анализ критериев оценки экологической безопасности
при
функционировании
и
строительстве
городских
технических систем…………………………………………..
29
1.5
Выводы по главе 1……………………………………………
32
1.6
Постановка цели и задач исследования……………………
33
ГЛАВА 2.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………
34
2.1
Технологические и техногенные процессы городского
хозяйства
и
строительства
как
объекты
исследования…………………………………………………
2.2
Технологические
особенности
процессов
34
городского
хозяйства и строительства с точки зрения экологической
безопасности ………………………………………………...
35
2.3
Методология и методы исследования………………………
39
2.3.1
Термодинамические методы исследования………………..
39
2.3.2
Методика
многокритериальной
использованием
оптимизации
с
обобщенной функцией желательности
Харрингтона………………………………………………….
42
3
2.3.3
Методы
оценки
процессов
с
технологических
точки
и
зрения
техногенных
экологической
безопасности………………………………………………….
44
2.4
Выводы по главе 2……………………………………………
52
ГЛАВА 3.
НАУЧНОЕ
ОБОСНОВАНИЕ
КОЛИЧЕСТВЕННОЙ
ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОГЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ ПО ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ГОРОДСКУЮ
СРЕДУ………………………………………………………..
3.1
Анализ категорий идеальных явлений в технических
системах………………………………………………………
3.2
в
городских
природно-технических
системах………………………………………………………
55
Допороговые показатели оценки техногенных процессов
на
основе
критерия
экологической
идеальности…………………………………………………..
3.4
54
Критерий экологической идеальности технологических
процессов
3.3
54
Методология
оценки
отклонения
от
57
экологической
идеальности для естественных и технических систем……
60
3.5
Выводы по главе 3 …………………………………………..
64
ГЛАВА 4.
ОЦЕНКА
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ
УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ С УЧЕТОМ
ДОПОРОГОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ……………………….
65
4.1.
Оценка качества атмосферного воздуха городской среды..
65
4.1.1.
Оценка экологической безопасности тепловых процессов
горения топлива……………………………………………...
4.1.2.
Оценка экологической неидеальности процессов горения
полимерных материалов…………………………………….
4.1.3.
65
Оценка
экологической
безопасности
79
процессов
измельчения в строительной промышленности.………….
84
4
4.1.4.
Оценка экологической неидеальности массообменного
процессов
адсорбции
газов
(паров
винилхлорида,
диоксина и бенз(а)пирена из абгазов)………………………
4.2
Оценка экологической безопасности при утилизации
отходов на урбанизированных территориях……………….
4.3
Оценка
техногенного
воздействия
на
качество
97
и
биоразнообразие водной среды.………………………...…..
4.3.1
91
100
Ионообменный процесс очистки охлаждающей воды
реакторов АЭС от радиоактивных изотопов стронция и
цезия…………………………………………………………..
4.3.2
100
Экологическая оценка гидродинамического процесса на
примере функционирования ГЭС в зависимости от типа
плотины и режима эксплуатации…………………………...
102
4.4
Выводы по главе 4…………………………………………..
110
ГЛАВА 5.
ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ…………………………………………
5.1
Методика
количественной
оценки
112
экологической
безопасности технических систем с учетом допороговых
показателей антропогенного воздействия…………………
5.2
Эколого-экономические
аспекты
112
идеального
технологического процесса и расчет предотвращенного
экологического ущерба при переходе с традиционных на
альтернативные источники………………………………….
5.3.
114
Выводы по главе 5…………………………………………… 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………
120
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………..
123
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………… 140
Приложение А. Условные обозначения……………………. 141
5
Приложение Б. Исходные и расчетные параметры для
процесса адсорбции паров винилхлорида, диоксина и
бензапирена.............................................................................
142
Приложение В. Исходные и расчетные параметры для
ионнообменных процессов очистки охлаждающей воды
реакторов АЭС от радиоактивных изотопов стронция и
цезия …………………………………………………………
149
Приложение Г. Документация о внедрении результатов
работы………………………………………………………
151
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Оценивая любой технологический
процесс, в том числе в строительстве и городском хозяйстве с точки зрения
экологической безопасности, российским и международным экологическим
законодательством закреплено применение «наилучшей доступной технологии»
(НДТ). В соответствии с Директивой Совета Европы 96/61/EC и российскими
национальными стандартами по НДТ, применение такой технологии позволяет
предотвратить или уменьшить негативное влияние человека на окружающую
среду до допустимого уровня. Одним из наиболее важных подходов при выборе
НДТ является использование экологически эффективных методов нормирования
загрязнения окружающей среды.
Соответственно,
актуальной
задачей
является
совершенствование
экологических нормативов и введение дополнительных показателей, которые
позволят оценить экологическую безопасность технологического процесса до
допустимого
уровня.
Необходим
критерий
оценки,
который
бы
на
первоначальном этапе позволил бы определить степень приближения к заданному
уровню.
Во многих науках вводится понятие идеальности предмета исследования,
которое
помогает
в
его
изучении,
прогнозировании
возможностей
и
моделирования в будущем. В целях повышения уровня защищенности среды
жизнедеятельности человека представляется актуальным научное обоснование
оценки экологической безопасности технологических процессов с точки зрения
экологической идеализации, а также разработка на этой основе допороговых
показателей антропогенного воздействия.
Степень разработанности темы. Современные экологические концепции,
базирующиеся
антропогенному
на
определении
воздействию,
пределов
представлены
устойчивости
в
работах
экосистемы
Акимовой
к
Т.А.,
Вакернагеля М., Величко С. В., Вайцзеккера Э., Израэля Ю. А., Ильичева В. А.,
Колесникова В. А., Ловинса Э., Медоуз Д., Моисеева Н. Н., Налетова А. Ю.,
7
Никанорова А. М., Сербулова Ю.С., Хаскина В. В., Хокансона Л. и других
ученых.
Исследованиям
критериев
оценки
экологической
безопасности
урбанизированных территорий посвящены работы Азарова В.Н., Алексашиной
В.В., Бакаевой Н.В., Воробейчика Е.Л., Гонопольского А.М., Гордона В.А.,
Данилова-Данильяна В.И., Колчунова В.И., Сидоренко В.Ф., Слесарева М.Ю.,
Теличенко В.И., Шмаль А.Г., Щербина Е.В. и др. Современный подход к оценке
экологической безопасности рассматривается с позиций концепции устойчивого
развития,
биосферной
совместимости,
экологической
целесообразности,
исследования и внедрения энерго – и ресурсосберегающих технологий.
Несмотря на большое количество актуальных исследований по данной теме,
остаются
нерешенными
вопросы
оценки
экологической
безопасности
урбанизированных территорий до допустимого уровня, что позволит выбирать
НДТ с наивысшим уровнем защиты окружающей среды.
Цель работы - совершенствование оценки экологической безопасности
урбанизированных территорий с использованием понятия идеализации в
технических системах и допороговых показателях антропогенного воздействия.
Задачи исследований.
Для достижения цели исследования решались
следующие задачи:
- провести анализ существующих критериев и методов оценки экологической
безопасности урбанизированных территорий;
- оценить основные технологические и техногенные процессы, влияющие на
качество городской среды при строительстве и функционировании объектов
городского хозяйства и транспорта;
-
усовершенствовать
критерии
оценки
экологической
безопасности
городской среды с точки зрения научного подхода, основанного на понятии
идеализации в технических системах;
- на основе научного подхода экологической идеализации разработать
допороговые показатели оценки экологической безопасности техногенных
процессов;
8
-
провести
сравнительную
оценку
различных
технологических
и
техногенных процессов на основе введенных показателей с целью определения
степени отклонения / приближения к НДТ с наивысшим уровнем охраны
городской среды.
Научная новизна работы:
1. Теоретически обосновано совершенствование оценки экологической
безопасности урбанизированных территорий с учетом допороговых показателей
антропогенного воздействия и введения критерия экологической идеальности.
2. В развитии методов, предотвращающих или уменьшающих негативное
влияние хозяйственной деятельности при строительстве и функционировании
промышленных, городских и транспортных объектов на городскую среду,
предложено
введение
дополнительного
критерия
оценки
экологической
безопасности - «экологическая идеальность»; введение термина - «идеальный
экологический процесс».
3. Предложены и научно обоснованы дополнительные качественные и
количественные показатели оценки технологических и техногенных процессов в
стройиндустрии и других отраслях промышленности по воздействию на
городскую среду, учитывающие допороговые факторы экологической опасности в
соответствии с естественным фоном:
«относительное отклонение локального
процесса от идеального», «предел допустимой неидеальности», а также
интегральные показатели оценки качества городской среды.
4. Разработана методика оценки экологической безопасности технических
систем на основе критерия экологической идеальности с применением
дополнительных
(к
существующим)
показателей
оценки
антропогенного
воздействия в черте урбанизированных территорий.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в
усовершенствовании существующих методов оценки экологической безопасности
урбанизированных территорий на основе критерия экологической идеальности.
Решены следующие практические задачи:
9
- разработаны дополнительные допороговые показатели количественной
оценки
экологической
безопасности,
позволяющие
оценить
влияние
антропогенного воздействия на городскую среду;
-
проведена
сравнительная
оценка
различных
технологических
и
техногенных процессов с учетом допороговых показателей по степени
отклонения / приближения к идеальному экологическому процессу с целью
определения «наилучшей доступной технологии» с наивысшим уровнем охраны
окружающей среды;
- разработан руководящий методический материал по комплексной оценке
экологической безопасности в городской среде с учетом региональных
особенностей для использования в экологических системах мониторинга качества
городской
среды
при
проектировании,
реконструкции
и
строительстве
производственных объектов;
- в целях повышения уровня защищенности и качества городской среды при
производстве строительных материалов разработаны новые технические решения
для механических процессов измельчения, позволяющие улучшить экологические
показатели технологических установок.
Результаты исследований внедрены в качестве методического обеспечения
деятельности в МБУ "Служба охраны окружающей среды" (г. Волжский).
Разработанный методический материал по оценке экологической безопасности в
городской среде использован в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Волгоградский
государственный
технический
университет»
(ВолгГТУ)
и
Волжского
политехнического института (филиала) ВолгГТУ в учебных дисциплинах
«Применение ЭВМ в экологии», «Математическое моделирование химикотехнологических процессов», «Экология».
Основная идея работы заключается в исследовании подходов к
совершенствованию оценки антропогенного воздействия на основе допороговых
показателей, выполнение которых создаст условия развития экологически
безопасной среды жизнедеятельности человека.
10
Методология и методы исследования. Методология исследования
основана на современных подходах экологического нормирования. Методы
исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и
технических
результатов,
статистические
методы
термодинамические
обработки
данных,
методы
методы
исследования,
многокритериальной
оптимизации.
Положения, выносимые на защиту:
1.
Научное
обоснование
совершенствования
оценки
экологической
безопасности среды жизнедеятельности человека с точки зрения экологической
идеализации для повышения уровня защищенности и качества городской среды.
2. Обоснование значимости и достаточности допороговых показателей
оценки экологической безопасности технических систем с целью определения
степени отклонения / приближения любого технологического процесса к
идеальному.
3. Методология оценки природно-технических систем на основе критерия
экологической идеальности с целью выбора «наилучшей доступной технологии» с
наивысшим уровнем охраны среды жизнедеятельности человека.
4.
Методика
технических
систем
количественной
с
учетом
оценки
экологической
допороговых
показателей
безопасности
антропогенного
воздействия.
Степень
достоверности и апробация результатов.
Достоверность
научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением
классических положений теоретического анализа, принципами построения
научных
гипотез,
подтверждена
применением
современных
методов
исследования и методик обработки данных.
Материалы
Международной
исследований
по
теме
конференции
«Проблемы
диссертации
докладывались
законодательного
на
обеспечения
экономических механизмов природоохранной деятельности» (г.Москва, 2004);
Международном конгрессе по управлению отходами "ВэйстТэк-2003" (г.Москва,
2003); Межрегиональной конференции «Оздоровление экологической обстановки
11
в регионах Нижней Волги, восстановление и предотвращение деградации ее
природных комплексов – составная часть программы «Возрождение Волги»
г.(Волгоград,
2011);
IX
межрегиональной
конференции
«Взаимодействие
предприятий и вузов по повышению эффективности производства, управления и
инновационной деятельности» (г.Волжский, 2014).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 17 печатных
работах, их них 3 статьи в изданиях списка ВАК и 3 патентах на полезную
модель.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав,
заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем
работы: 153 страницы, в том числе: 139 страницы – основной текст, содержащий
26 таблиц, 20 рисунков и список литературы из 157 источников на 17 страницах;
4 приложения на 13 страницах.
12
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1
Анализ негативных воздействий и загрязнений
урбанизированных территорий
Развитие современной промышленной индустрии все более усиливает
нагрузку на окружающую среду. Любое технологическое оборудование, сырье
или
продукция
являются
фактическим
или
потенциальным
источником
загрязнения окружающей среды. Если раньше источниками экологических
катастроф были внешние факторы, как например, столкновение земли с крупным
метеоритом, землетрясение, извержение вулканов, то в последнее время
экологические катастрофы были спровоцированы все большим воздействием
человека на природу. Человек нарушил естественную сбалансированность
биосферных процессов. Последствия ядерной войны связывались с тысячами
уничтоженных городов и смертельным уровнем радиации на огромных площадях
земной поверхности. Высокие концентрации энергии при достаточном количестве
горючего и доступе кислорода порождают самоподдерживающиеся пожары.В
лесах из-за недостатка доступа кислорода (из-за плохой тяги) выгорает только 20
% горючего вещества. Однако в крупных городах с постройками высокой
этажности образуется сильная тяга и может сгореть практически все [87, 137].
Современные объемы производства и его интенсификация, несмотря на
усовершенствование технологии и техники очистки выбросов (отходов), повлекли
за собой увеличение общей массы вредных веществ, вносимых в атмосферу,
гидросферу и литосферу. Возросла энерговооруженность производства и,
соответственно, количество сжигаемого топлива и образующихся дымовых газов:
выработка электроэнергии и объем промышленного производства удваиваются
каждые 7-10 лет.
За последние десятилетия резко возросло потребление
минеральных и органических сырьевых ресурсов. Соответственно возрастают и
объемы отходов промышленного и коммунально - бытового назначения [53, 144].
13
Особое место в вопросах экологической безопасности занимают проблемы
загрязнения
атмосферы.
Крупные,
экономически
развивающиеся
отрасли
являются серьезными загрязнителями воздушного бассейна (табл. 1.1) [133].
Таблица 1.1 - Характерные выбросы в атмосферу для различных отраслей
промышленности
Отрасли промышленности
1. Теплоэнергетика:
Подготовительные производства
Состав выбросов
Пыль твердого топлива, аэрозоли и
пары углеводородов
Зола, SO2, NOx,СО, СO2, 3,4бензапирен,
диоксины,
углеводороды
Котельные процессы
2. Черная металлургия:
Подготовительные производства
Пыль минеральных веществ, SO2,
NOx, СО, СO2
Основные
металлургические Возгоны металлов, пыль оксидов
производства
металлов, SO2, NOx,СО, СO2, F2, Cl2
3. Транспорт
СО, СO2, NOx, углеводороды, 3,4бензапирен
4. 4. Химическое, нефтехимическое,
нефте- и газоперерабатывающее
производства:
поливинилхлорида
Винилхлорид, пыль ПВХ, диоксины
технического углерода
NOx,H2S, СО, углерод различных
марок
шин
и
резинотехнических Пыль
неорганических
и
изделий
органических
материалов,
технический углерод, фталевый
ангидрид, СО, СO2
Переработка нефти
Меркаптаны, сероводород, аммиак,
углеводороды,
органические
соединения азота, окись углерода
Переработка природного газа
Сероводород, меркаптаны
На современном этапе геологическая деятельность по добыче ископаемых
превосходит
природные
процессы
и
приводит
к
резкому
ухудшению
экологической обстановки на землях горного отвода и прилегающих к ним
территориях [14]. Металлургическая промышленность загрязняет атмосферу
отходящими газами и твердыми выбросами. Подготовка сырья, загрузка руды и
14
кокса в доменную печь и ряд других процессов вызывают образование огромного
количества пыли. Отходящие газы доменного и конверторного производств
содержат высокий процент оксида углерода (СО) и весьма токсичны [14].
Проблемам
сокращения
техногенного
воздействия
топливно-
энергетического комплекса на окружающую среду придается большое значение.
Доля участия энергетических и особенно теплоэнергетических предприятий в
загрязнении окружающей среды продуктами сгорания органических видов
топлива, содержащих вредные примеси, а также отходами низко потенциальной
теплоты очень велика. Кроме выбросов вредных веществ в атмосферу (оксидов
серы, азота, золы) объекты энергетики занимают основное место среди
антропогенных источников эмиссии парниковых газов, которые вызывают
изменение баланса излучения- CO2, CH4, N2O и другие. Поступления парниковых
газов в атмосферу связано и с операциями образования биогаза в теле свалок
твердых промышленных и бытовых отходов и при самопроизвольном возгорании
свалок и сжигании отходов [144, 90, 14].
Огромное количество топлива во всем мире сжигается в двигателях
транспортных средств с образованием миллионов тонн выбросов загрязняющих
веществ (NOx, СО, бензапирена, сажи, др.), а также парниковых газов. Годовой
объем производства CO2 в мире составляет 37 миллиардов тонн, что может
привести к изменению климата с непредсказуемыми последствиями, если не
сократить потребление топлива. Треть всех произведенных автомобилей сделана
в Европейском Союзе и половина из них работает на дизельных двигателях,
частично из-за их более высокой эффективности использования топлива. Но,
понимая
ограниченность
топливно-энергетических
ресурсов,
необходимы
исследования по повышению эффективности двигателей внутреннего сгорания,
поиски
новых
концепций
двигателей,
использующих
альтернативные
возобновляемые виды топлива, которые позволят не только уменьшить
монопольную составляющую добываемой нефти, но и сократить количество
выбросов в процессах горения автомобильных топлив [71].
15
В Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды
Российской Федерации в 2011 году» представлены сведения о выбросах и
поглощении парниковых газов по секторам (таблица 1.2) [33]. Энергетический
сектор содержит выбросы от сжигания всех видов ископаемого топлива, а также
технологические выбросы и утечки топливных продуктов в атмосферу,
независимо от того, в каких отраслях экономики они происходят.
Таблица 1.2 - Выбросы парниковых газов по секторам [33]
Сектор
Выбросы, тыс. т СО2-экв.*
1990
2000
2007
2010
2 717 154 1 665 849 1 788 771 1 819 022
257 523
166 706
191 009
172 810
Энергетика
Промышленные процессы
Использование растворителей
и другой промышленной
562
продукции
Сельское хозяйство
317 287
Землепользование, изменение
землепользования
77 885
*
и лесное хозяйство
Отходы
58 651
Всего, без учета
землепользования, изменения
3 351 176
землепользования и лесного
хозяйства
Всего, с учетом
землепользования, изменения
3 429 061
землепользования и лесного
хозяйства
523
541
565
149 062
137 659
136 802
-421 492
–561 682
-652 604
56 367
70 805
72 687
2 038 507
2 188 786
2 201 885
1 576 674
1 627 104
1 549 281
Примечание - * Знак ―минус‖ соответствует абсорбции (поглощению) парниковых
газов из атмосферы.
Ведущая роль принадлежит CO2, основным источником которого служит
энергетический и транспортный сектора.
Совокупный выброс парниковых газов в России, без учета землепользования,
изменений землепользования и лесного хозяйства, составил в 2010 г. 2201,9 млн. т
CO2-экв., что соответствует 105,9% выбросов 2000 г., или 164,4% выбросов
16
1990 г. [33]. Вклад отдельных парниковых газов в их общий выброс (в
эквиваленте CO2) на территории России в 1990 г. и 2010 г. иллюстрирует рисунок
1.1.
а)
б)
Рисунок 1.1 - Доля отдельных парниковых газов в их общем выбросе
(СО2 -экв.): а) в 1990; б) в 2010 гг.
Экологические показатели по выбросам опасных веществ зависят от вида и
состава
топлива,
его
экологических
свойств.
Основные
виды
топлива
представлены в таблице 1.3 [14].
Таблица 1.3 - Классификация топлива по происхождению и агрегатному
состоянию [14]
Натуральное (естественное) топливо
твердое
жидкое
газообразное
1
2
3
Растительное (дерево, Ископаемое (нефть)
Природный (естественсолома, лузга и др.)
ный) горючий газ.
Ископаемое (торф,
Попутный нефтяной газ
бурый и каменный
уголь, антрацит и др.)
Искусственное топливо
Древесный, торфяной Бензин, лигроин,
Нефтяные газы, полууголь, угольный полу- керосин, соляровое
ченные термическим
кокс, кокс торфяной,
масло, мазут.
разложением нефти.
угольный и нефтяной
дизельное топливо,
Генераторный газ, водяБрикеты из древесных спирт, бензол,
ной, полукоксовый, кокопилок, торфа, угля и
толуол, коллоидное тосовые газы гидрогенерадругих материалов
пливо и др.
ции и др.
17
Нефть является основным источником получения искусственных жидких
топлив. Весьма нежелательным элементом нефти является сера, так как при ее
сгорании
образуется
сернистый
газ,
обладающий
сильным
токсическим
действием на человека, вызывая тяжѐлые изменения в организме человека. Кроме
того, сернистый газ обладает сильным коррозионным воздействием на металлы
[28]. Именно соотношение «углерод - водород» является отличительным
признаком нефти от других видов горючих ископаемых. Каждая фракция,
полученная в результате перегонки, представляет собой смесь углеводородов
кипящих в определенном интервале температур (Таблица 1.4) [17].
Таблица 1.4 - Фракции, получаемые при перегонке нефти
Фракция
Содержание, %
Интервал
температур
кипения, 0С
Применение
2
2
2
Число
атомов
углерода в
молекуле
3
1–4
5–7
1
Газ
Петролейный
эфир
Бензин
4
0 – 20
20 – 100
5
Топливо
Растворитель
32
5 – 12
30 – 200
Керосин
18
12 – 18
175 – 300
Газойль (соляровое
масло)
Смазочные
масла
Парафин
20
14 – 25
200 – 400
20 – 35
350 – 500
Моторное
топливо
Дизельное и
реактивное
топливо
Используется в
дизельных
двигателях
Смазка
25 – 40
Битум
(асфальт)
25
Твердая
часть,
выделяемая
из масел
>500
>35
Изоляционный
материал в
электротехнике
Покрытие
дорог и кровли
зданий
При оценке экологической безопасности процессов горения важным
является состав каждой фракции, наличие примесей, а также температура их
18
воспламенения. Концентрационные и температурные параметры
процесса
горения зависят от числа атомов, что оказывает влияние на экологические
показатели горения того или иного топлива.
Таким образом, оценивая тот или иной вид топлива, следует учитывать 3
группы
факторов:
экологический
потенциал
топлива;
экологическую
совместимость с окружающей средой; экотехнологичность топлива [127, 14]. К
первой группе факторов относятся приведенное содержание золы, серы и азота в
топливе, а также содержание в его минеральной массе мышьяка, ванадия,
тяжелых металлов. К этой же группе факторов относятся радиоактивность и
электрическое сопротивление, которое в значительной степени определяет
эффективность работы электрофильтров. Вторая группа факторов - это степень
ущерба окружающей среде от того или иного выброса: при определенном составе
почвы, например, для нее могут оказаться полезными щелочные выбросы, в
другом случае, наоборот, полезными могут оказаться кислотные выбросы в
атмосферу. Третья группа факторов – это возможность использования новых
технологий
для
решения
экологических
проблем,
возникающих
при
традиционном методе сжигания, например, при сжигании природного газа
возможность применения технологических методов подавления NOx, включая
рециркуляцию дымовых газов, двухступенчатое сжигание и т.п. [127].
Таким образом, рост производства, его интенсификация по различным
направлениям, а также развитие топливно-энергетического комплекса приводит к
большому количеству выбросов загрязняющих веществ и, следовательно,
нуждается в научно обоснованном подходе при оценке технологических
процессов с позиций экологической безопасности.
1.2 Оценка топливно-энергетического комплекса, как основного
антропогенного фактора загрязнения городской среды
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК), являясь основой экономики
страны, обеспечивает не только комфорт и жизнедеятельность населения; в то же
19
время он является крупным загрязнителем окружающей среды. ТЭК России
является одним из крупнейших в мире. За прошедшие три десятилетия структура
энергопотребления
на
глобальном
и
национальном
уровнях
претерпела
значительные изменения, однако по-прежнему исключительно важное значение
имеют ископаемые виды топлива – нефть, уголь, природный газ и сланцевый газ
[28, 118].
Вместе с тем, на долю ТЭК приходится свыше 15% сброса загрязнений
сточных вод в водоемы и на рельеф, около 48% выбросов вредных веществ в
атмосферу от стационарных источников загрязнения, свыше 30% твердых
отходов (только на объектах энергетики скопилось около 1,2 млрд.тонн
золошлаковых отходов). На объектах ТЭК образуется до 7% парниковых газов.
Указанное
влияние
обусловлено
технологическими
особенностями
электроэнергетического производства и не может быть полностью исключено,
однако уменьшение негативного влияния энергообъектов на окружающую среду
является задачей инженеров, ученых и специалистов, работающих в этой отрасли
[83, 144].
В разработанной «Энергетической стратегии России на период до 2020г.»
развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического
развития страны, который предполагает форсированное проведение социальноэкономических реформ с темпами роста производства валового внутреннего
продукта
на
5-6
%
в
год
и
соответствующим
устойчивым
ростом
электропотребления порядка 3% в год. В результате такого подхода потребление
электроэнергии достигло в 2011 году 1021,1 млрд. кВт ч, что на 1,2 % больше, чем
в 2010 году [144, 108].
Наибольшее производство электроэнергии (около 70% всей производимой
электроэнергии в России) происходит на теплоэлектростанциях (ТЭЦ). И
основная масса загрязнителей атмосферы образуется при сжигании топлива на
ТЭЦ, заводах, использующих жидкое или твердое топливо для получения энергии
или
тепла, химических и
биологических
производствах, газотурбинном,
дизельном и карбюраторном транспорте. Выбросы этих источников содержат
20
опасные и вредные вещества: CO, SO2, HCl, HF, а также ароматические
углеводороды типа бензапирена, соединения свинца, диоксины и ряд других
веществ, обладающих канцерогенным действием [18, 41].
Атомная энергетика обладает принципиальными особенностями по
сравнению с другими энерготехнологиями: ядерное топливо имеет в миллионы
раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы в случае
применения реакторов на быстрых нейтронах; отходы атомной энергетики имеют
относительно малые объемы и могут быть надежно локализованы, а наиболее
опасные из них можно перерабатывать в ядерных реакторах [144]. Однако,
несмотря на преимущества атомной энергетики, имеются особые основания для
обостренного внимания к ней: потенциальная опасность аварий с большим
экологическим ущербом (реальность этой опасности подтверждена рядом
аварий); накопление высокоактивных и долгоживущих отходов; связь атомной
энергетики с опасностью распространения ядерного оружия и ряд других [144,
94].
В условиях неравномерного размещения топливных ресурсов большое
значение имеет программа развития гидроэнергетики. Основным преимуществом
гидроэнергетической
отрасли
является
то,
что
производимая
на
гидроэлектростанциях электроэнергия вырабатывается на возобновляемом и
экологически чистом источнике энергии – воде. Существующие недостатки
связывают с затоплением земель, разрушением берегов, снижением рыбных
ресурсов [67, 144].
Все современное состояние ТЭК указывает на необходимость разработки
новой энергетической политики России, основывающейся на принципах
энергетической безопасности [144]:
1.
Принцип постепенного роста доли возобновляемых источников
энергии в топливно-энергетическом балансе страны: ископаемое топливо
необходимо по мере возможности замещать на неисчерпаемые источники
энергии.
21
2.
Принцип экологической приемлемости энергетики: развитие ТЭК не
должно сопровождаться увеличением его воздействия на окружающую среду
[144].
Топливный баланс Волгоградской области построен на использовании
преимущественно природного газа [118]. На его долю приходится 78% от общего
объема потребляемых энергоресурсов, на долю нефтепродуктов -21% и каменного
угля -1%. Существенно возросло влияние на окружающую среду продуктов
сгорания моторных топлив, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания и
другими подвижными машинами и механизмами. Всего по области потребляется
около 1, 35 млн. тонн моторных топлив (бензин, дизельное топливо), в том числе
0,6 млн. тонн бензинов. Доля моторных топлив в энергобалансе области
составляет 11,9%, в том числе 5,62% бензинов. Основу электроэнергетики
Волгоградской области составляют гидро- и тепловые электростанции. По
степени техногенного воздействия электроэнергетика области носит достаточно
активный характер, при этом 72% вырабатываемой в Волгоградской области
электроэнергии поступает с Волжской ГЭС [118].
Более чем 50-летний опыт эксплуатации каскада Волжских ГЭС приводит
экологов к факту обнаружения возможных экологических минусов от воздействия
этих крупных гидроэнергетических объектов на окружающую среду и заставляет
искать различные способы оценки возможного экологического ущерба [12, 68].
Несмотря на очевидные плюсы ГЭС, связанные, в первую очередь, с
использованием возобновляемых водных ресурсов, есть и существенные
недостатки,
присущие
ГЭС
на
равнинных
реках:
затопление
сельскохозяйственных угодий и поселений, разрушение и водная эрозия берегов,
выбросы парниковых газов, особенно с равнинных водохранилищ, увеличение
уровня подземных вод, резкое снижение рыбных ресурсов вплоть до
исчезновения ценных пород (осетровых, белорыбицы) [12, 68].
Председатель
научно-технического
совета
Федеральной
гидрогенерирующей компании ОАО «РусГидро», чл.-корр. РАН М.П. Федоров в
своем интервью отмечает, что рваный режим функционирования ГЭС вызывает
22
неблагоприятные последствия для реки ниже по течению: осушение, изменение
качества воды в условиях поступления загрязняющих веществ. Были проведены
работы по поиску режимов, которые позволяли бы станции выполнять
оперативные функции регулирования мощности и, в то же время, поддерживать
необходимое качество водной среды в нижнем течении реки [49].
В мероприятиях «Технической политики» ОАО «РусГидро» мы видим
этому подтверждение - на гидростанциях компании «обеспечивается применение
современных
и
перспективных
технических
решений,
предотвращающих
негативное воздействие на окружающую среду. Гидротехнические сооружения
объектов компании должны обеспечивать надежность и безопасность на всех
стадиях
жизненного
цикла;
минимальное
воздействие
на
животный
и
растительный мир; режим попуска в нижний бьеф, минимально необходимый для
обеспечения интересов водопользователей. Строительство и эксплуатация
проводится
в
соответствии
с
системой
экологического
менеджмента
в
соответствии с требованиями международного стандарта ISO» [131].
Являясь членом Международной ассоциации гидроэнергетики, ОАО
«РусГидро» совместно с природоохранной организацией «TheNatureConservancy»
Всемирного банка и Всемирного фонда дикой природы (WWF), российскими и
зарубежными экспертами
в области экологии и социологии участвует в
завершающем этапе доработки документа «Методика оценки соответствия
гидроэнергетических проектов критериям устойчивого развития». Применение
данной методики в российской гидроэнергетике позволит более широко
оценивать риски, возникающие в ходе реализации проектов строительства,
реконструкции и эксплуатации ГЭС [22].
Вместе с тем, 1/4 потребляемой в Волгоградской области энергии
сопряжено с использованием энергоносителей, которые являются прямыми
серьезными источниками загрязнения окружающей среды - мазут, уголь,
моторное топливо, печное топливо. Существенно возросло влияние на
окружающую среду продуктов сгорания моторных топлив, выбрасываемых
двигателями внутреннего сгорания и другими подвижными механизмами [118].
23
По данным Министерства природных ресурсов и экологии РФ о состоянии
окружающей среды в Волгоградской области в 2010 году уровень загрязнения
атмосферного
воздуха
оценивался
как
очень
высокий:
среднегодовая
концентрация формальдегида – 5,3 ПДК, фторида водорода – 1,6 ПДК, фенола 1,7 ПДК, бенз(а)пирена – 1,8 ПДК. В г. Волжском уровень загрязнения
атмосферного воздуха – очень высокий: среднегодовая концентрация диоксида
азота – 2,0 ПДК, озона – 1,5 ПДК, формальдегида – 4,7 ПДК, аммиака – 1,6 ПДК,
бенз(а)пирена – 1,7 ПДК [33].
Таким образом, антропогенные факторы загрязнения городской среды
связаны в первую очередь с развитием топливно-энергетического комплекса на
урбанизированных территориях, несовершенной системой оценки экологической
безопасности с учетом суммарного воздействия вредных факторов. Задачей
современной промышленной экологии должен стать системный, методологически
концептуальный подход, основанный на многофакторности экологического
нормирования, позволяющий с разных сторон оценивать техногенную нагрузку
на окружающую среду в условиях современной экономики [53, 14].
1.3 Экологические подходы к оценке воздействия техногенных
процессов на среду жизнедеятельности человека
Во всех сферах природопользования антропогенные нагрузки должны
обеспечивать безопасность среды обитания и не приводить к деградации
природных систем. Однако источники деградации биосферы в современном мире
находятся в городах [46]. Современные экологические концепции, базирующиеся
на
определении
пределов
устойчивости
экосистемы
к
антропогенному
воздействию, представлены в работах Акимовой Т.А., Вакернагеля М., Величко
С.В., Вайцзеккера Э., Израэля Ю.А., Колесникова В.А., Ловинса Э., Медоуз Д.,
Налетова А.Ю., Никанорова А.М., Сербулова Ю.С., Хаскина В.В., Хокансона Л. и
других ученых [78, 2, 91, 58, 155, 138, 130, 134 и др.]. В работах ученых
24
рассматриваются различные подходы к современным экологическим проблемам,
исследуются научные воззренческие теории.
В основе первых теорий лежит антропоцентризм (согласно которому
современное человечество свободно от экологических законов, действующих в
природе), вторые теории образуют направления экоцентризма. По первому
направлению загрязнение можно рассматривать как более или менее обратимое
изъятие какой-то части окружающей среды – чистой воды, чистого воздуха,
возделанной земли, продуктов питания, полноценных биологических сообществ,
и в связи с этим – лишения какой-то части здоровья и благополучия людей [2, 91].
По второму подходу под загрязнением в широком смысле понимается
привнесение в экологическую среду новых (обычно не характерных для нее)
физических, химических, биологических и информационных агентов или
техногенное
превышение
уровня
естественных
факторов,
приводящее
к
негативным последствиям [46].
В работе Акимовой Т.А. и Хаскина В.В. [2] отстаивается экоцентрический
подход, при котором в центре экологических проблем ставятся выносливость
живой природы и зависимость от нее человеческого общества. Экоцентризм
исходит из представлений объективного существования единой системы, в
которой все живые организмы Земли, включая людей с их ресурсами,
взаимодействуют между собой и с окружающей природной средой. Этот принцип
целостности все больше влияет на теоретическое осмысление взаимоотношений
человека и природы, заставляет искать методы соизмерения естественных и
искусственно созданных потенциалов планеты.
Появились новые экологические концепции, прежде всего такие, как
концепция устойчивого развития, экологического благополучия, экологической
безопасности. Экологическое благополучие – это состояние экосистемы, которое
характеризуется нормальным воспроизведением ее основных звеньев. Например,
с точки зрения водных систем, устойчивым состоянием считается пребывание
этой системы в следующих состояниях: «исходном» и «функционально и
структурно,
но
обратимом
нарушенном».
Переход
на
третий
уровень,
25
«необратимо
нарушенный»,
указывает
на
экологическое
неблагополучие.
Устойчивость определяют как соотношение между величиной отклонения
системы от нормального состояния и величиной воздействия. Для измерения
устойчивости экосистемы необходимо знать, в каком состоянии находилась
экосистема до начала воздействия, т.е. знать параметры ее нормального состояния
[91].
Теоретический анализ и данные экологического мониторинга показывают,
что практически каждое крупномасштабное решение в сфере взаимодействия
общества с природой является началом конфликта, либо попыткой его решения,
так как связано с выбором между реально непримиримыми (плохо примиримыми)
альтернативами. Основы методологии управления экологическими конфликтами
были разработаны С.В.Величко, Л.Е.Мистровым, Ю.С.Сербуловым [13] для
различного
уровня
субъектов
на
основе
взаимообусловленной
системы
принципов и категорий синтеза. Определяющим признаком экологического
конфликта является предмет конфликта – действия, которые совершаются или
могут совершаться по отношению к окружающей среде, природному объекту и
доминантой управления экологическим конфликтом является принятие решения
об изменении (определении) судьбы природного объекта, окружающей среды в
целом и способов воздействия на нее.
В книге «Пределы роста» [78], которая вышла уже в третьем издании,
группа ученых под руководством Денниса Медоуза привела свои исследования,
первые из которых были обнародованы еще в 1970 году. Основные выводы
касаются последствий существующих социально-экономических и политических
тенденций, в случае, если не будут осуществлены значительные изменения.
Последствия могут быть выражены в глобальных проблемах изменения климата,
истощении ресурсов нефти, деградации сельскохозяйственных земель, дефиците
пресной воды и других последствиях. Авторы предлагают перейти на путь
устойчивого развития.
По мнению В.А. Колесникова и А.Ю.Налетова [58], которые выступают за
современный подход к экотехнологиям, описанная выше систематизация
26
эмпиритического знания не рассматривает правила построения экотехнологий.
Авторы предлагают подход, в основе которого лежат фундаментальные принципы
совместимости Техносферы и Биосферы в соответствии с логикой механизма
принятия решений как стратегических, так и тактических в технологической
политике. Стратегия реализуется в критерии экологической целесообразности,
которая базируется на принципах совместимости Техносферы и Биосферы «по
веществу» и «по энергии», вводится свод ограничительных правил реализуемости
технологий. Все «продукты»
технологий, рано или поздно попадающие в
окружающую среду, должны быть ассимилированы живой материей, а поэтому
они должны строиться по природному аналогу. В связи с этим, авторы
предлагают
формирование
банка
экологически
целесообразных
веществ,
основанном на модифицированном принципе комплементарности. На основе
этого принципа сформулировано понятие «экотехнология». Экотехнологии - это
технологические системы, отходы и выбросы которых ассимилируются живым
веществом (а точнее микроорганизмами) биосферы.
Мировое сообщество до сих пор пытается осознать идею самоподдержания
и устойчивого развития. Под руководством Матиса Вакернагеля был введен
показатель, позволяющий оценить нагрузку на окружающую среду со стороны
человека - экологический след [155]. Они определили экологический след как
земельную территорию, необходимую для получения нужного количества
ресурсов и «переработки» выбросов, производимых мировым сообществом.
Потребности человека сравниваются с доступными ресурсами. Всемирный фонд
дикой природы (WWF) каждые полгода публикует данные по величине
экологического следа для более 150 стран в своем «Отчете о живой планете». По
данным отчетов, начиная с конца 1980-хх гг., население планеты каждый год
использует больше ресурсов, чем может быть восстановлено за тот же период, т.е.
экологический
след
человечества
превышает
способность
среды
восстанавливаться [155, 157].
В Отчетах приводится также анализ водного следа, который аналогичен
экологическому следу. Он отражает количество воды, необходимое для
27
производства тех же товаров и услуг. Водопользование в области, богатой
водными
ресурсами,
вряд
ли
приведет
к
негативным
социальным
и
экологическим последствиям, в то время как потребление того же объема в
области, уже испытывающей дефицит воды, может привести к пересыханию реки
разрушению экосистем с последующей потерей биоразнообразия и средств к
существованию населения [95].
Исследованию
критериев
оценки
экологической
безопасности
урбанизированных территорий посвящены работы Азарова В.Н., Алексашиной
В.В., Бакаевой Н.В., Воробейчика Е.Л., Гонопольского А.М., Гордона В.А.,
Данилова-Данильяна В.И., Ильичева В.А.,
Колчунова В.И., Сидоренко В.Ф.,
Слесарева М.Ю., Теличенко В.И., Шмаль А.Г., Щербина Е.В. и др. [1, 3, 8, 15, 27,
47, 125, 126, 141, 142 и др.]. Современный подход к оценке экологической
безопасности рассматривается с позиций концепции устойчивого развития,
биосферной совместимости, экологической целесообразности,
исследования и
внедрения энерго – и ресурсосберегающих технологий.
Согласно трудам Ильичева В.А. [46, 48] о принципах биосферной
совместимости, необходимо «сформировать механизмы гармоничного развития
людей, технологий и Биосферы, то есть развития Биотехносферы». Внедрение
технологических инноваций должно учитывать факторы их воздействия на
симбиотическую жизнь Биосферы и будущих поколений людей. «Если
технологии сокращают пространство и время симбиотической жизни Биосферы и
человечества — они регрессивны, если расширяют — прогрессивны. Это
необходимо считать критерием для процесса создания нововведений на всех его
этапах - НИР, проектирование, строительство, производство и потребление
инновационного продукта с учѐтом отдалѐнных последствий» [46].
В
соответствии
с
российским
и
международным
экологическим
законодательством в Российской Федерации идет процесс развития современных
технологий, уменьшающих антропогенное воздействие на окружающую среду. В
настоящее время подписан ряд международных конвенций, в соответствии с
которыми Россия обязана уменьшить как имеющееся, так и потенциальное
28
негативное воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду.
Предлагаемый современный подход - это внедрение «наилучших доступных
технологий» (НДТ) [32]. НДТ – это технологический процесс, технический метод,
основанный на современных достижениях науки и техники, направленный на
снижение негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую
среду и имеющий установленный срок практического применения с учетом
экономических, технических, экологических и социальных факторов [32].
«Наилучшая» означает технологию, наиболее эффективную для выпуска
продукции с достижением установленного уровня защиты окружающей среды.
«Доступная» означает технологию, которая разработана настолько, что она может
быть
применена
в
конкретной
отрасли
промышленности
при
условии
подтверждения экономической, технической, экологической и социальной
целесообразности ее внедрения. В отдельных случаях часть термина «доступная»
может
быть
заменена
словом
«существующая»,
если
это
определено
законодательством Российской Федерации [32].
К НДТ относятся, как правило, малоотходные и безотходные технологии.
НДТ означает наиболее эффективную и передовую стадию в развитии
производственной деятельности и методов эксплуатации объектов, которая
обеспечивает
практическую
пригодность
определенных
технологий
для
предотвращения или, если это практически невозможно, обеспечения общего
сокращения выбросов/сбросов и образования отходов. Оценка воздействий на
окружающую
среду
производится
на
основе
предельно
допустимых
выбросов/сбросов [32]. Термин «наилучшие доступные технологии» (Best
Available Techniques, BAT) появился в странах ЕС с принятием Директивы Совета
Европы 96/61/EC о комплексном контроле и предотвращении загрязнений (IPPC)
[39]. В соответствии с Директивой, НДТ – самые эффективные на сегодняшний
день производственные процессы и методы, позволяющие предотвратить или
уменьшить негативное влияние человека на окружающую среду до допустимого
уровня. «Раздельное применение различных подходов к контролю за выбросами в
атмосферу, водную среду или почву может скорее способствовать перемещению
29
загрязнения между разными природными средами, чем защите окружающей
среды в целом. Цель комплексного подхода к контролю за загрязнением состоит в
предотвращении выбросов в атмосферу, водную среду или почву, там, где это
практически возможно, с учетом реутилизации отходов, а там, где это
невозможно, - в сокращении таких выбросов для обеспечения высокого уровня
охраны окружающей среды в целом» [39].
Таким образом, развивая технологии или совершенствуя технологическое
производство в сторону увеличения выработки, соответственно, прибыли,
общество должно понимать, каким образом это отразиться на балансе ресурсов и
экофонде планеты, при каждом новом шаге технической инновации оценивать
антропогенную нагрузку на окружающую среду [97]. Необходимо применять
современные подходы в экологической оценке, разрабатывать новые методы в
оценке экологических последствий различных производственных процессов и
выбирать
из
альтернативных
вариантов
технологию,
обеспечивающую
достижение наивысшего уровня охраны окружающей среды.
1.4 Анализ критериев оценки экологической безопасности при
функционировании и строительстве городских технических систем
В различных нормативных документах содержатся частные критерии
экологической безопасности, охватывающие факторы безопасности по отдельным
процессам, веществам или состоянию. К таким критериям относят и пределы
устойчивости
окружающей среды при техногенном воздействии, и качество
среды обитания человека, а также условия сохранения биосферы и экосферы в
целом [138, 1, 97, 125]. Экологические риски рассматриваются как основные
критерии
экологической
безопасности.
Существующие
критерии
оценки
экологической безопасности включены в систему обеспечения безопасных
условий
жизнедеятельности
механизмами:
экологическое
человека,
регулируемую
нормирование
воздействий
государственными
на
окружающую
30
природную среду, на основе которого осуществляется экологический мониторинг
загрязнений и контроль качества окружающей среды (воздуха, воды, почв,
земель и других сред, включая околоземное космическое пространство),
экологическая экспертиза и оценка риска технологий (в том числе экологического
риска), оценка состояния окружающей среды, в том числе территорий, прогноз
изменений и, наконец, блок принятия решений, т.е. управления экологической
безопасностью и риском. Экологический риск - это возможность возникновения
неблагоприятных экологических последствий, вызванных опасными природными
или антропогенными, в том числе техногенными факторами – факторами риска.
На практике для природных экосистем чаще всего рассчитывают экологический
риск антропогенного загрязнения [138].
Мировое сообщество до сих пор пытается осознать идею самоподдержания
и устойчивого развития. Согласно концепции «устойчивого развития», чтобы мир
был материально и энергетически устойчив, физические потоки должны
соответствовать трем условиям Германа Дейли [78]:
- скорость использования возобновляемых ресурсов не должна превышать
скорость их самовосстановления;
-
скорость
использования
невозобновляемых
ресурсов
не
должна
превышать скорости, с которой для замещения невозобновляемого ресурса
разрабатываются заменители на основе других, возобновляемых ресурсов;
- скорость возникновения загрязнений не должна превышать скорость, с
которой они могут быть ассимилированы окружающей средой.
В работах современных ученых
предлагаются критерии оценки для
искусственных и естественных экосистем [126, 3]. Для искусственных экосистем
в качестве единого критерия оценки (ЕКО) экологической безопасности
предлагается считать повышение качества жизни и улучшение здоровья человека
(в соответствии с Экологической доктриной РФ от 2002г.). Для естественных
экосистем в качестве ЕКО экологической безопасности было предложено считать
нерушимость естественного биотопа и основного биоценоза для рассматриваемой
экосистемы и еѐ способность к восстановлению при антропогенном воздействии.
31
Такой подход позволяет проводить оценку воздействия на окружающую среду и
человека по фактическому комплексному результату воздействия, а не по
прогнозному расчѐту воздействия отдельных элементов.
При строительстве и эксплуатации новых объектов критерием оценки
считают и степень концентрации объектов строительства, а также степень
концентрации
автотранспорта,
для
которого
возводят
прилегающие
автомагистрали. В результате, из-за увеличения транзитного транспортного
потока по проложенной магистрали строительный объект становится причиной
ухудшения экологической обстановки [3, 126].
Кроме того, критериями оценки считают и состояние качества самой
городской среды, где располагаются объекты строительства и функционирования
объектов городского хозяйства, а также состояние здоровья населения,
проживающего на планирующейся к застройке территории. В связи с
увеличением техногенной нагрузки
на урбанизированных
территориях,
необходимо учитывать адаптационные возможности, как человека, так и
экосистемы в целом, а соответственно учитывать и допороговые критерии
антропогенного воздействия. В случаях воздействия вредных и токсичных
веществ, для которых любое превышение ими природных фонов опасно для
живых организмов необходим поиск дополнительных показателей экологической
оценки [3, 126, 97]. С точки зрения критериев безопасности по состоянию
здоровья населения, поиск допороговых критериев продиктован также анализом
здоровья детей в российских мегаполисах, который показывает, что реакция детей
на воздействие вредных факторов, даже
при
«допороговых» уровнях,
значительно выше, чем у взрослых, причем чувствительность детей к такому
воздействию повышается в периоды их роста и развития [97].
Ключевой идеей для исследования подходов экологической оценки является
поиск таких критериев и показателей оценки, выполнение которые будут
приближать состояние экосистемы к допороговому состоянию, следовательно, и к
созданию устойчиво развивающейся безопасной среды обитания человека.
32
Существует необходимость в обозначении нового критерия, учитывающим
соотношение параметров опасных веществ с естественным фоном, что позволит
моделировать возможные экологические последствия проектируемой технической
системы на этапе строительства и дальнейшего функционирования. Этот
критерий должен быть общий, применимый к любому процессу, и в то же время
конкретно помогающий в экологической оценке различных технологических
процессов. Исследование допороговых критериев предлагается с позиций теории
научной идеализации.
Согласно Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) такой инструмент
соответствует научной идеализации. Идеализация как метод моделирования в
науке состоит в том, что выявив некоторое важное для нас свойство, тенденцию,
мы предполагаем, что это свойство, тенденция достигает своего предела. При
этом в модели могут быть отброшены остальные, неважные для конкретного
рассмотрения свойства, характеристики объекта или процесса. Процедура
идеализации дает возможность сформировать логический предел развития
реального объекта - идеальный объект [114].
Опираясь на понятие идеальности, предлагается разработать новый подход
к оценке экологической безопасности различных процессов, сравнивая любой
локальный процесс с идеальным и определяя наилучшую доступную технологию
для его реализации.
1.5 Выводы по главе 1
1. Проведенный анализ современных техногенных процессов в городских
технических системах показал, что в результате процессов строительства и
функционирования топливно-энергетического комплекса наносится наибольший
экологический вред по количеству загрязнителей атмосферы. Наиболее опасные
факторы антропогенного воздействия связаны с выбросами опасных веществ при
горении топлива, а также в результате процессов сжигания полимерных отходов,
содержащих в большом количестве вредные и токсичные вещества.
33
2. Анализ российского и международного законодательства подтверждает
необходимость использования экологически эффективных методов нормирования
загрязнения окружающей среды, закрепляет применение «наилучшей доступной
технологии» (НДТ) с целью предотвращения или уменьшения антропогенного
воздействия до допустимого уровня.
3. Показана необходимость в обозначении дополнительного критерия
оценки экологической безопасности при выборе НДТ в различных отраслях
промышленности при строительстве и функционировании объектов городского
хозяйства.
1.6 Постановка цели и задач исследования
1. В целях защищенности и устойчивого развития урбанизированных
территорий разработать подходы совершенствования оценки экологически
безопасной среды жизнедеятельности человека с использованием понятия
идеализации в технических системах.
2. Усовершенствовать критерии экологической безопасности технических
систем,
формируемых
объектами
промышленного,
водохозяйственного,
транспортного строительства и городского хозяйства.
3. Разработать
дополнительные
допороговые
показатели
оценки
технологических и техногенных процессов по воздействию на качество городской
среды.
4. На основе введенных показателей провести сравнительную оценку
различных технологических и техногенных процессов строительства и городского
хозяйства с целью определения степени отклонения / приближения к «наилучшей
доступной технологии» с наивысшим уровнем охраны окружающей среды, в том
числе оценку качества атмосферного воздуха городской среды; оценку
экологической безопасности при утилизации отходов на урбанизированных
территориях и оценку качества и биоразнообразия водной среды на объектах
городского хозяйства.
34
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Технологические и техногенные процессы городского хозяйства и
строительства как объекты исследования
Технологические процессы городского хозяйства представляют сочетание
нескольких процессов и технологий. При разнообразии технологических
процессов в промышленности многие из них являются общими для различных
видов производств. Отдельные стадии технологических процессов базируются на
фундаментальных законах и закономерностях химии, физики, экономической
теории,
социологии,
экологии
и
других
дисциплин,
что
позволяет
классифицировать производственные процессы по принципу аналогии [132]. В
зависимости от характера и скорости протекания они подразделяются на
следующие основные виды: химические, механические, гидромеханические,
тепловые, массообменные.
Одним из основных видов технологических процессов в химической,
нефтеперерабатывающей,
металлургической
промышленности
являются
массообменные процессы. Адсорбция как один из видов массообменных
процессов используется во многих производствах, где из смеси газов, паров или
растворенных веществ необходимо извлечение того или другого вещества
(органических соединений, паров ртути и др.) [103]. Наиболее широко в качестве
адсорбентов применяют активные (или активированные) угли, силикагели,
цеолиты. На основе метода адсорбции производится разнообразное газоочистное
оборудование, используемое для защиты атмосферного воздуха от вредных
выбросов. Наиболее эффективным оказывается его применение в тех случаях,
когда концентрации загрязнителей воздуха или газов относительно невелики и
необходимо очищать большие объемы воздуха [103, 137].
Каждая отрасль промышленности включает в себя как основные
производственные, так и сопутствующие процессы (например, процессы
адсорбции вредных веществ из абгазов в тепловых процессах котельных).
35
Расширение производства, а также развитие строительных объектов
неизбежно приводит к образованию большого количества отходов. Процессы,
связанные с утилизацией отходов, их переработкой, размещением, также
включают различные процессы: химические, механические, массообменные и
другие процессы, оценка которых требует комплексного подхода по различным
критериям [103, 137, 132].
2.2 Технологические особенности процессов городского хозяйства и
строительства с точки зрения экологической безопасности
Особое место среди процессов городского хозяйства и занимают тепловые
процессы горения в отопительных и энергетических городских системах.
Процессы
горения
протекают
при
сжигании
каменного
угля,
дров,
нефтепродуктов, при работе двигателей внутреннего сгорания. Кроме того,
процессы горения могут протекать и в местах несанкционированных свалок, при
пожарах, что
другого
может привести к нанесению экологического, материального и
вреда
публикаций,
[60,
где
104].
Исследованию
подробно
описаны
горения
особенности
посвящено
этих
множество
процессов,
их
классификация [76, 43,11, 63, 38,140 и др.].
В последние годы горение оказалось связанным с рядом глобальных
проблем. В первую очередь - с энергетическим кризисом вследствие истощения
природных топливных ресурсов, второй аспект связан с охраной окружающей
среды и влиянием некоторых продуктов горения на биосферу. Экологический
аспект горения топлива рассматривают и с точки зрения образования токсичных
веществ, образующихся при неполном окислении углеродом: оксиды серы (SOx),
оксиды азота (NOx) и оксид углерода (CO) [28, 38], горение торфяников в
Центральном округе и лесные пожары в Сибири и на Дальнем Востоке.
Воздействие тепловых энергоустановок - котельных, электростанций, на
окружающую
среду
зависит
во
многом от
вида
сжигаемого
топлива.
36
Теплотехнические свойства жидкого топлива, как и природного газа, существенно
лучше, чем твердого топлива: в нем отсутствуют зола и шлаки, не требуются
специальные устройства для подготовки его к сжиганию, оно имеет высокую
теплоту сгорания и позволяет получить высокую температуру в топке [28].
Природный газ, который преимущественно сжигается на ТЭС и используется для
выработки электроэнергии и теплоты, является экологическим самым чистым
топливом. В природном газе присутствует незначительное количество негорючих
материалов, а также азот (в основном менее 3%),
практически отсутствуют
серосодержащие элементы и зола [94, 53].
Природный газ чисто газовых месторождений характеризуется высоким
содержанием углеводородов, в основном метана СН4 (до 98 %). В состав
природного газа в небольших количествах входят другие углеводороды: этан
С2Н6, пропан С3H8, бутан С4H10, этилен С2Н4 и пропилен С3Н6. В так называемом
попутном
газе,
который
добывают
на
нефтегазовых
месторождениях,
наблюдается несколько повышенное содержание высших углеводородов: этана,
пропана, бутана, пентана, этилена. В искусственных газах содержание горючих
составляющих (в основном, водорода и окиси углерода) достигает 25—45 %. В
балласте преобладают азот и углекислота (75—55 %) [38, 140].
Вредным компонентом в твердом топливе является сера, так как
продуктами ее сгорания являются диоксид серы SO2 и сернистый ангидрид SO3,
обладающие сильными коррозионными свойствами, к тому же еще и весьма
токсичные [28]. Оценка топлива с экологической точки зрения может быть
представлена
несколькими
характеристиками.
В
наиболее
общем
виде
оценивается 2 фактора: минимальное содержание в нем минеральной массы, серы
и топливного азота; минимальное содержание в нем горючих веществ: углерода C
и водорода H [144]. Повышенное содержание C приводит к более высоким
выбросам CO2 на каждую единицу тепловой энергии, а CO2, как известно,
является основным компонентом тепличных газов, способных привести к
глобальному изменению климата [144, 7].
37
Одной из основных экологических проблем адсорбционной очистки воздуха
является необходимость восстановления адсорбента, удаления адсорбированных
веществ.
Для
десорбции
примесей
используют
нагревание
адсорбента,
вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко
адсорбирующимся веществом, например, водяным паром [83, 107, 157, 163].
Эколого-технологические особенности механических процессов связывают
с количеством выбрасываемой пыли в окружающую среду, содержащую
различные опасные вещества. Например, большую потенциальную опасность в
результате производства цемента представляют поступления в окружающую
среду тяжелых металлов, которые способны, как и соединения серы и азота,
распространяться на большие расстояния в виде аэрозолей [137, 81, 14, 1].
Учитывая огромный промышленный кластер Волгоградского региона,
наивысший уровень загрязнения атмосферного воздуха связан с выбросами
вредных веществ от промышленных предприятий и автомобильного транспорта.
Вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы составляет 60-80% от общего
количества вредных выбросов. Наибольший вклад по объемам выбросов вредных
веществ
согласно
данным
Комитета
охраны
окружающей
среды
и
природопользования Волгоградской области [40] вносят следующие отрасли
промышленности: топливная (Волгоградская ТЭЦ-2), нефтехимическая (ООО
«ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка»), химическая (ОАО «Каустик, ОАО
«Химпром»), строительная (ОАО ВЗТИ «Термостепс, ОАО «Себряковцемент»).
Выбросы особо опасных веществ, образующихся на функционирующих
объектах городского хозяйства (например, винилхлорида на химических
предприятиях, бенз(а)пирена при работе котельных) и строящихся объектах
(диоксина при строительстве мусороперерабатывающих заводов), требуют
разработки способов и оборудования для очистки газов до супернизких
концентраций, близких к фоновым природным концентрациям, и соответственно,
совершенствования методов оценки экологической безопасности городской среды
[96, 87, 26].
38
Исходя из анализа экологической ситуации Волгоградской области,
объектами исследования были выбраны следующие процессы: тепловые процессы
горения топлива (в том числе автомобильного топлива); сжигание отходов
производства и потребления (в том числе несанкционированного горения отходов
на
полигонах);
гидромеханического
процесса
функционирования
ГЭС;
массообменного и ионообменного процесса адсорбции вредных веществ из
вентиляционных выбросов и дымовых газов, а также очистки от радиоактивных
веществ; механического процесса измельчения при производстве строительных
материалов (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Объекты и области исследования
Таким образом, в целях повышения защищенности и условий развития
экологически безопасной среды жизнедеятельности населения решалась задача по
оценке технологических и техногенных процессов, влияющих на качество
атмосферного воздуха городской среды при эксплуатации и строительстве
производственных объектов, качество и биоразнообразие водной среды, а также
антропогенного воздействия при различных способах утилизации отходов.
39
Анализ эколого-технических особенностей технологических процессов
показывает необходимость совершенствования экологической оценки и научного
обоснования экологических нормативов.
2.3 Методология и методы исследования
Методология
исследования
основана
на
современных
подходах
экологического нормирования. Методы исследования включали: статистические
методы обработки данных, аналитическое обобщение известных научных и
технических
результатов,
статистические
оптимизации
методы
с
термодинамические
обработки
использованием
данных,
методы
методы
обобщенной
исследования,
многокритериальной
функции
желательности
Харрингтона и регрессионных моделей.
2.3.1 Термодинамические методы исследования
С экологической точки зрения в тепловых процессах важным является
оценка изменения баланса излучения, изменение разницы между количествами
поступающей
и
отдаваемой
энергии.
При
химических
реакциях,
сопровождающихся большим экзотермическим эффектом (а ним, прежде всего,
относятся реакции горения), происходит значительное повышение концентрации
в атмосфере так называемых парниковых газов, что и приводит к нарушению
баланса излучения. Установлено, что из-за этого может заметно возрастать
температура воздуха, которая задерживается в нижних слоях атмосферы
(тропосфере), приводя к разогреву поверхности Земли [54, 14, 7]. В связи с чем,
важными характеристиками процесса горения являются концентрация и
температура продуктов реакции, расчет которых производится исходя из
уравнения энергетического баланса [54, 36] (в случае, если нет изменения
агрегатного состояния веществ):
40
Tx
Tx
0 (273) 
(C
)
dT

Δ
H
 
  (C p )прод.dT
p исх.
c
273
273
(2.1)
где (Cp)исх. - теплоемкость исходных веществ;
(Cp)прод..- теплоемкость продуктов реакции;
Tx - теоретическая температура горения, т.е. температура полного и
адиабатного горения.
Изменения энергетического состояния участвующих в процессах веществ
могут быть охарактеризованы количеством теплоты Q или работы A, получаемых
или затрачиваемых в процессе. Работа аналогична теплоте, так как она
показывает количество энергии, полученное (отданное) системой. Но работа
характеризует обмен энергией в форме кинетической энергии направленного,
упорядоченного движения частиц [36].
Известно, что многие вещества реагируют друг с другом легко и быстро,
другие вещества реагируют с трудом, а третьи – не реагируют. Исходя из этого,
вывели предположение, что между веществами существует какое-то химическое
сродство. Ученые М. Бертло и Х. Томсон высказали предположение, что мерой
химического сродства является тепловой эффект. Дальнейшее направление в
определении меры
Гиббса и
химического сродства было намечено работами Дж. В.
Г. Гельмгольца, развито Вант-Гоффом, который и предложил
качестве меры
в
химического сродства использовать максимальную работу
химического процесса [54, 62].
Максимальная работа химической реакции Аmax представляет собой работу,
которую можно получить в результате химической реакции, если действительный
необратимый процесс заменить процессом эквивалентным, но обратимым
(равновесным), приводящим систему из заданного начального состояния к
конечному. С ростом Аmax способность веществ реагировать возрастает, и реакция
протекает полнее [36].
Чем большее значение имеет максимальная работа реакции, тем больше
химическое сродство реагентов. Тем полнее в этом случае проходит реакция и
41
тем меньше остается к моменту равновесия исходных веществ и тем больше
продуктов реакции [62, 36].
Для определения влияния температуры реакции на положение химического
равновесия использована формула:
Amax  Qmax  T
dAmax
dT
(2.2)
Как показано в формуле (2.3), максимальная работа связана с константой
равновесия [62]:
dlnk
dT
p
Q
 max
RT 2
(2.3)
Уравнение (2.3) позволяет проследить влияние температуры на химическое
равновесие. В частности, для более полного протекания экзотермической реакции
необходимы более низкие температуры. И, наоборот, для более полного
протекания эндотермической реакции необходимо повышение температуры.
В расчетах вместо максимальной работы рассматривают изменение
изобарно-изотермического потенциала (гиббсова энергия) DG - для реакций,
происходящих при постоянных температуре и давлении. Или изменение
изохорно-изотермического потенциала (гельмгольцева энергия) DA - для реакций,
происходящих при постоянных температуре и объѐме [62].
Для расчета константы равновесия в изобарно-изотермических условиях
используют уравнение изотермы Вант-Гоффа [54, 62]:
ΔG 0r,T   RTlnK p ,

K e
p
(2.4)
0
G r ,T
RT
Проводя исследования технологических и техногенных процессов, в
частности
тепловых
процессов,
целесообразно
рассматривать
их
с
термодинамических позиций. Исследования процессов в этом направлении с
учетом теоремы Нернста позволит определить приближение процесса к
42
идеальному с экологической точки зрения. Согласно теореме Нернста разность
Amax - Qmax является малой величиной и с приближением температур к
абсолютному нулю уменьшается быстрее, чем по линейному закону [62]. Из
уравнения (2.5) следует, что при T → 0 , Amax → Qmax. Следовательно:
A
Q
T
max
max
Поэтому
термодинамической
dA
max  0
dT
мерой
идеальности
(2.5)
процесса
является
разность Amax- Qmax. При уменьшении этой разности, процесс становится более
термодинамически идеальным.
Таким образом, оценка экологической безопасности процессов горения
целесообразно проводить и с учетом термодинамических параметров по
изменениям энергетического состояния участвующих в процессах веществ.
2.3.2 Методика многокритериальной оптимизации с использованием
обобщенной функции желательности Харрингтона и регрессионной
модели
В методах многокритериальной оптимизации показателей использовались
как статистические приемы обработки данных, так и методы математической
статистики [6, 51]. Обработка результатов в работе проводилась вычислением
следующих значений: среднее арифметическое, дисперсия воспроизводимости,
среднеквадратичное отклонение, доверительные интервалы для среднего, а также
нижний и верхний предел для дисперсии.
Разброс
показателей
относительно
среднего
арифметического
количественно оценивался с помощью коэффициента вариации V, вычисляемого
как
отношение
среднего
квадратического
отклонения
Si
к
среднему
арифметическому Ycpj:
V 
S
Yсрj
(2.6)
При этом коэффициент вариации можно выражать в процентах по
отношению к среднему значению и тогда по его величине можно сопоставить
между собой погрешности определения показателей различной физической
43
природы, чего нельзя сделать с помощью среднего квадратического отклонения,
которое является размерной характеристикой [51].
При
обработке
экспериментальных
данных
часто
представляется
необходимым создание единого признака, количественно отражающего все
многообразие свойств материала или процесса. Связано это с необходимостью
объединения величин с разными размерностями и физическим смыслом [6, 51].
Один из наиболее удачных подходов к решению этой задачи – преобразование
измеренных
значений
свойств в безразмерную психофизическую шкалу
желательности. Для решения задач оптимизации в предлагаемой работе при
оценке
тепловых
процессов
горения
и
гидромеханических
функционирования ГЭС применялся
обобщенный показатель
желательности
построения
использовался
Харрингтона.
метод
Для
количественных
оценок
шкалы
с
процессах
-
функция
желательности
интервалом
значений
желательности от 0 до 1. Желательность для отдельного свойства обозначают d,
для набора свойств - D. Желательность d=0 (D=0) соответствует неприемлемому
уровню данного свойства, а d=1(D=1) – лучшему значению качества. Дальнейшее
увеличение D либо невозможно, либо не имеет смысла. С обобщенным
показателем D можно производить все вычислительные операции, которые вправе
проделывать со значениями свойств, и его можно использовать в роли критерия
оптимизации [6, 51].
Для систем, являющихся смесями двух и более различных компонентов,
используется построение регрессионных моделей на основе симплекс-метода.
Переменные
Xi
таких
систем
являются
пропорциями
(относительным
содержанием) нескольких (например, трех) компонентов в смеси и удовлетворяют
условию [51]:
Xi  X1 X 2 X 3 1
(2.7)
Геометрическое место точек, удовлетворяющих условию нормированности
сумм переменных, представляет собой двумерный симплекс (треугольник).
Каждой точке симплекса соответствует смесь определенного состава, и любой
44
комбинации
относительных
определенная
точка
содержаний
симплекса
[6].
трех
Для
компонентов
решения
задачи
соответствует
на симплексе
целесообразно рассматривать модель Y=Y(X1, X2, X3) (Y – отклик) в форме
приведенного полинома. В работе использовалась модель второго порядка для
трех переменных [51]:
Y = 1X1 + 2X2 + 3X3 + 12X1X2 + 13X1X3 + 23X2X3 ,
(2.8)
где β – коэффициенты (параметры) модели
Для оценки коэффициентов модели (2.8) используется матрица планирования
с равномерным разбросом экспериментальных точек по треугольнику [51].
Расположение точек (матрица планирования) и обозначение откликов показано в
таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Матрица планирования плана модели второго порядка
Отклик
Y1
Y2
Y3
Координаты точек
X1
X2
X3
1
0
0
0
1
0
0
0
1
Координаты точек
X1
X2
X3
1/2
1/2
0
1/2
0
1/2
0
1/2
1/2
Отклик
Y12
Y13
Y23
Формулы для вычисления параметров модели второго порядка:
1=Y1; 2=Y2; 3=Y3; 12=4Y12–2Y1–2Y2;
13=4Y13–2Y1–2Y3;23=4Y23–2Y2–2Y3;
(2.9)
Построение регрессионной модели второго порядка использовалось в
работе для расчета введенного интегрального показателя при взаимодействии
нескольких факторов с учетом критерия экологической идеальности.
Проводя такие расчеты для существующих и вновь проектируемых
производств или технологий, можно оценивать по величине этих параметров
экологическую безопасность каждого процесса.
2.3.3
Методы
оценки
технологических
и
техногенных
процессов
с точки зрения экологической безопасности
При строительстве любого промышленного объекта всегда возникает
вопрос
его
экологической
оценки.
Процедура
включает
как
оценку
45
технологических решений с точки зрения соблюдения нормативов для
окружающей среды и человека, использования ресурсов, образование отходов, а
также оценку технологий процесса (с точки зрения «наилучшей доступной
технологии»).
При
этом
определяющими
являются
количественные
и
качественные оценки по выбросам в атмосферу, сбросам в воду, в почву,
экологически безопасное размещение/утилизация отходов производства. На
основании различных методов оценки с учетом критериев экологической
безопасности выбирается наилучший технологический проект для строительства
или эксплуатации [138, 97, 32].
Методы обеспечения экологической безопасности можно разделить на
несколько групп [138]:
1.
Методы контроля качества окружающей среды, в том числе:
1.1.
методы измерений (количественные);
1.2.
биологические методы (качественные).
2.
Методы моделирования и прогноза, в том числе методы системного
анализ, системной динамики, информатики и др.
3.
Комбинированные методы.
4.
Методы управления качеством окружающей среды [138].
Одним
из
основных
методов
оценки
антропогенной
нагрузки
на
окружающую среду является экологическое нормирование, т.е. разработка
экологических нормативов антропогенных нагрузок на локальном, региональном
и глобальном уровнях. От знания величин предельно допустимых антропогенных
нагрузок на природные экосистемы зависит обоснованность всей системы
рационального природопользования [15,138].
Согласно статье 19 Федерального Закона «Об охране окружающей среды»
№7-ФЗ [135] - «нормирование в области охраны окружающей среды заключается
в
установлении
допустимого
нормативов
воздействия
на
качества
окружающей
окружающую
среду
среды,
при
нормативов
осуществлении
хозяйственной и иной деятельности, иных нормативов в области охраны
окружающей среды, а также государственных стандартов и иных нормативных
46
документов в области охраны окружающей среды». Нормативы в области охраны
окружающей среды подразделяются на 2 основных группы: установленные
нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия
на нее, при соблюдении которых обеспечивается устойчивое функционирование
естественных экологических систем и сохраняется биоразнообразие [135].
Нормативы допустимого воздействия (включают нормативы допустимых
выбросов и сбросов (НДВ и НДС) установлены в соответствии с показателями
массы химических, допустимых для поступления в окружающую среду с учетом
технологических нормативов, и
нормативы
качества
при соблюдении которых обеспечиваются
окружающей
среды
[135].
Нормативы
качества
устанавливаются в соответствии с физическими, химическими, биологическими
показателями,
при
соблюдении
которых
обеспечивается
благоприятная
окружающая среда (ПДК, классы опасности, др.). Основной величиной
экологического нормирования качества природной среды является предельно
допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества или веществ в биосфере –
воздухе, воде и почве. В общем случае ПДК – это такое содержание вредных
веществ в окружающей среде, которое при постоянном контакте или воздействии
за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье
человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства [53, 14].
На рисунке 2.2 приведена классификация ПДК [127].
Для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха используются
следующие характеристики загрязнения воздуха [33]:

средняя концентрация примеси в воздухе, мг/м3 или мкг/м3 (qср);

максимальная разовая концентрация примеси, мг/м3 или мкг/м3 (qм);
Средние концентрации сравниваются со среднесуточной ПДК (ПДКс.с.),
максимальные из разовых концентраций — с максимально разовыми ПДК
(ПДКм.р.).
47
Рисунок 2.2 - Классификация предельно допустимых концентраций [127].
Для оценки качества воздуха используются следующие показатели [53,
33,135]:
 ИЗА — комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий
несколько примесей. Величина ИЗА рассчитывается по значениям
среднегодовых
концентраций.
Показатель
характеризует
уровень
хронического, длительного загрязнения воздуха.
 СИ — наибольшая измеренная разовая концентрация примеси.
В химической промышленности в качестве критерия оценки применяют
индекс относительной токсичности массы [53]:
I0 
ПДКi
,
ПДК1
(2.10)
где ПДК1 и ПДКi- предельно допустимые концентрации вещества,
соответственно принятого за эталон и сравниваемого (эталонные ПДК1- 1мг/л для
воды и 0,01 мг/м3 для воздуха).
Учитывая, что экологическая ниша человека неизменна, где бы он не
находился, условием экологической безопасности будет выполнение условия [18,
138]:
Свв≤ ПДК,
(2.11)
48
где Свв – концентрация вредного вещества, мг/м3.
Если в атмосферном воздухе одновременно содержится несколько вредных
веществ с концентрациями С1,С2,…Сn [53], обладающих однонаправленным
действием, то должно выполняться условие:
С1  С 2  ... С n  1
ПДК 1 ПДК 2
ПДК n .
(2.12)
Научно обоснованные нормативы ПДК в приземном слое атмосферы
должны обеспечиваться контролем для всех источников выбросов – от
стационарных до передвижных (транспортных) [18]. Для них устанавливают
нормативы предельно допустимых выбросов – ПДВ.
Это
максимальные
выбросы
в
единицу
времени
для
данного
природопользователя по данному компоненту, которые создадут в приземном
слое атмосферы концентрацию этого вещества Сi, не превышающую ПДК, с
учетом фонового (существующего) загрязнения Сфi, и эффекта суммации веществ
однонаправленного действия [18]:
ПДВ
Оценивая
уровень
C С
ПДК
n
i

фi
i 1
i
 1,
(2.13)
i
загрязнения
окружающей
среды
(атмосферы,
гидросферы) на основании существующих санитарных норм [33, 14] обязательно
соблюдение условия:
I
где
j
  I 0C j  1 ,
(2.14)
Ij - относительная токсичность единичного выброса;
Cj - концентрация вещества в выбросе.
Также существуют интегральные оценки состояния экосистем [2, 91].
Например, для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют
индекс суммарного загрязнения атмосферы (Im):
m
I m   (qi * Ai ) CI ,
i 1
где qi – средняя за год концентрация в воздухе i -того вещества;
(2.15)
49
Ai – коэффициент опасности i -того вещества, обратный ПДК этого вещества;
Сi - коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: Сi равно 1,5; 1,3;
1,0; и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов опасности.
Im является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для m=5наиболее
значимых
концентраций
веществ,
определяющих
суммарное
загрязнение воздуха (чаще всего, это бенз(а)пирен, формальдегид, фенол, аммиак,
диоксид азота, сероуглерод, пыль) [2, 14].
Для предприятий цветной металлургии, расположенного в лесной зоне,
воздействие загрязнения на прилегающую территорию была предложена
оценивать интегральным коэффициентом сохранности экосистем
максимальное
значение
которого
(ИКС
равняется
100%)
(ИКС),
соответствует
ненарушенному биогеоценозу. В оценке присутствуют пять зон нарушения
экосистем – от зоны с 80%-й сохранностью экосистемы (когда структура
фитоценоза сохранена, но все показатели снижены) до зоны полного разрушения
экосистемы (ИКС равняется 0) [2].
При проектировании и строительстве полигонов промышленных и бытовых
отходов оценка уровня загрязнения городской среды проводится на основании
установленных нормативов с соблюдением правил по охране вод и почв.
А согласно стандарту по охране почв [30] коэффициент концентрации
загрязнения почвы Hc вычисляют по формуле:
Hc=С/ Сф или Hc=С/ Спдк,
(2.16)
где С - общее содержание загрязняющих веществ;
Сф - среднее фоновое содержание загрязняющих веществ;
Спдк - содержание предельно допустимых количеств загрязняющих веществ.
Интегральный показатель полиэлементного загрязнения почвы Hcj [30]
вычисляют по формуле:
Hcj=Сj/ Сфj,
где Сj - сумма контролируемых загрязняющих веществ;
Сфj – сумма фонового содержания загрязняющих веществ.
(2.17)
50
Коэффициент ответной реакции Кр по влиянию химического загрязнения
на состояние почв [30] вычисляют по формуле:
Кр 
А А
Аф
ф,
(2.18)
где А и Аф – контролируемые параметры свойств в загрязненной и фоновой
пробах.
Нормативы допустимого воздействия устанавливаются в соответствии с
показателями воздействия хозяйственной или иной деятельности на окружающую
среду и при которых соблюдаются нормативы качества окружающей среды [53,
135].
Среди существующих критериев оценки экологической безопасности
рассматривают критерии загрязнения атмосферного воздуха, воды, почвы, а также
ионизирующее излучение. С развитием строительства и инфраструктуры
промышленных
мегаполисов
предлагаются
новые
критерии
оценки
экологической безопасности городской среды. Критериями считают состояние
качества городской среды, степень концентрации автотранспорта, концентрацию
объектов городского хозяйства и другие [126, 3].
Соответственно, пороговыми показателями при оценке антропогенного
воздействия на окружающую среду можно считать нормативы, установленные в
соответствии с показателями предельно допустимого содержания химических
веществ (ПДК, классы опасности, НДВ, НДС и др.) [97].
Кроме того, существует множество современных процессов, продукты
производства которых связаны с поступлением в биосферу опасных веществ,
например,
радиоактивных отходов или канцерогенов. Исследования самого
последнего времени привели к выводу об отсутствии нижних безопасных порогов
(а, следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и ионизирующей
радиации. Любое превышение ими привычных природных фонов опасно для
живых организмов генетически, в цепи поколений
[111]. Нижние пороги
безопасности по предельно допустимым концентрациям последнее время имеют
51
тенденцию к снижению значений по величине, приближаясь к естественному
фону. В строительной индустрии в 2000-е годы, по сравнению с 70-80 годами,
изменились требования по ПДК для основных материалов опасных веществ.
Например, ПДК бенз(а)пирена в 1982 г. составляла 5∙10-3мг/м3 [139, стр.239], а в
2003 году стала 10-4мг/м3 [133], то есть уменьшилась в 50 раз.
Следует также отметить изменения и по фоновым концентрациям на
урбанизированных территориях, которые меняются по годам, временам года и
зависят
от
климатических
условий.
Например,
фоновая
концентрация
бенз(а)пирена в воздухе промышленного центра г.Самары составляет 3,9·10-6
мг/м3, в то время, как в воздухе малонаселенных пунктов его фоновая
концентрация составляет 1-10 нг/м3. Изменение его фонового содержания в
атмосфере биосферных заповедников в холодный период составляет 0,08 нг/м 3, а
в теплый период -0,05 нг/м3 [124, 130]. Существенные изменения претерпели
экологические нормативы и в строительстве, в том числе при механических
процессах измельчения, выбросам мелкодисперсной пыли [1]. Приведенные
данные говорят о том, что с каждым годом допустимые пределы по
концентрациям выбросов уменьшаются, приближаясь к естественному фону.
Можно предположить, что пороговые концентрации опасных веществ, которые с
учетом их суммарного воздействия, а также суммарного воздействия и других
факторов обуславливают экологическую опасность городской среды если не
сразу, то в течение нескольких поколений.
В работах Воробейчика Е.Л. и Шмаля А.Г. [15, 141] показано, что
разработка
и
установление
качества
компонентов
окружающей
среды,
осуществляемая сегодня главным образом на основе санитарно-гигиенических
принципов, не соответствует современному этапу эволюции человеческого
общества в смысле масштабности и многообразия воздействий на окружающую
среду. А существующие нормативы должны быть дифференцированы во времени:
менее жесткие для существующих технологий, более жесткие для ближайшей
перспективы, ещѐ более жесткие для проектируемых производств и новых
технологий.
52
Таким образом, система хозяйственного устройства урбанизированных
территорий с точки зрения экологической безопасности основана на соблюдении
пороговых величин антропогенных нагрузок. Однако раздельные подходы к
оценке уровня экологической безопасности, а также изменения в нормативных
требованиях не позволяют
в полной мере оценить пределы устойчивости
экосистемы к антропогенному воздействию. Современные международные
стандарты и концепции предлагают еще больше снизить это воздействие.
Суммарность вредных факторов в городской среде, их взаимовлияние, а также не
до конца исследованное воздействие канцерогенных веществ на здоровье
человека, заставляет искать критерии оценки экологической безопасности ниже
пороговых величин [97].
Существует
необходимость
в
поиске
допороговых
антропогенного воздействия, исследование которых
критериев
предлагается с позиций
теории научной идеализации. Для моделирования возможных экологических
последствий проектируемой технической системы на этапе строительства и
дальнейшего функционирования необходим общий критерий, применимый к
любому процессу, и в то же время конкретно помогающий в экологической
оценке различных технологических процессов [97].
Таким образом, опираясь на понятие идеальности, предлагается разработать
новый подход к экологической оценке различных процессов на основе
допорогового критерия оценки антропогенного воздействия. Сравнивая при этом
любой локальный процесс с идеальным и определяя «наилучшую доступную
технологию» для его реализации.
2.4 Выводы по главе 2
1. Анализ эколого-технических особенностей процессов на объектах
строительства и городского хозяйства показал, что антропогенное воздействие
технологических процессов, как по основному, так и по сопутствующим
53
процессам с учетом их суммарного воздействия необходимо оценивать с точки
зрения допустимого допорогового уровня.
2. На
основе
анализа
основных
антропогенных
факторов
на
урбанизированных территориях в качестве объектов исследования определены
следующие процессы: тепловые процессы горения топлива; массообменный и
ионообменный процессы адсорбции вредных веществ; гидромеханический
процесс функционирования ГЭС, механический процесс измельчения, а также
утилизация отходов производства и потребления.
3. Определены методология и методы исследования, основанные на
подходах
экологического
нормирования,
термодинамических
методах
исследования и методах многокритериальной оптимизации с использованием
обобщенной функции желательности Харрингтона и регрессионных моделей.
54
ГЛАВА 3. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ
ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
ПО ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ГОРОДСКУЮ СРЕДУ
3.1 Анализ категорий идеальных явлений в технических системах
Понятие идеальности предмета исследований во всех известных случаях
помогает в создании теории изучаемых процессов, их физическом, химическом и
математическом моделировании [55]. Как показано на рисунке 3.1, во многих
науках вводится понятие идеальности предмета исследования.
Рисунок 3.1 - Понятие идеальности в технических системах
В философии можно встретить явление «идеальности», применимое к
природным явлениям. Гегель Г.В.Ф.
объясняет это явление в изображении
природы как некоего «идеального» в самом себе бытия, имея в виду изображение
природных явлений в понятиях и терминах современной Гегелю физики
ньютоновской
механики.
Секрет
гегелевской
«идеализации
материи»,
«идеальности природы» - «быть другим», оставаясь при этом «самим собой», –
это и значит обладать кроме «реального», еще и «идеальным» бытием» [45].
55
В точных науках, например, в физике твердого тела и в сопромате
существует понятие абсолютно твердого тела, модуль Гука которого стремится к
бесконечности, то есть тело, которое под действием приложенных сил не
деформируется. В физике рассматривают газы, в которых отсутствуют силы
межмолекулярного взаимодействия - идеальные газы. Их состояния далеки от
фазовых превращений [147]. В механике жидкости и реологии вводится понятие
идеальной жидкости, вязкость которой равна нулю [117]. В физической химии и
процессах и аппаратах химической технологии используется понятие идеальных
растворов, компоненты которых смешиваются в любых пропорциях между собой
и подчиняющих закону Рауля [103]. В теории химических реакторов вводится
понятие идеального вытеснения и смешения [55].
Оценка предмета или процесса исследования с точки зрения идеальности
помогает в его изучении, прогнозировании возможностей и моделирования в
будущем [55].
Представляется целесообразным исследовать понятие «идеальность» в
промышленной экологии, рассмотрев его с позиций экологической идеализации.
В целях повышения уровня защищенности окружающей среды при строительстве,
функционировании и
реконструкции объектов городского хозяйства и
строительства представляется актуальным научное обоснование экологической
оценки технологических и техногенных процессов с точки зрения экологической
идеализации.
3.2 Критерий экологической идеальности технологических процессов в
городских природно-технических системах
Ключевой идеей для исследования подходов экологической оценки должно
стать развитие таких критериев и показателей оценки, выполнение которые будут
приближать состояние экосистемы к допороговому состоянию, следовательно, и к
созданию устойчиво развивающейся безопасной среды обитания человека.
56
Существует необходимость в обозначении нового критерия, учитывающим
соотношение параметров опасных веществ с естественным фоном, что позволит
моделировать возможные экологические последствия проектируемой технической
системы на этапе строительства и дальнейшего функционирования [97]. Этот
критерий должен быть общий, применимый к любому процессу, и в то же время
конкретно помогающий в экологической оценке различных технологических
процессов.
Опираясь на понятие идеальности предлагается разработать новый подход к
оценке экологической безопасности различных процессов, сравнивая любой
технологический процесс с идеальным [93] и определяя «наилучшую доступную
технологию» для его реализации.
В развитии методов, предотвращающих или уменьшающих негативное
влияние хозяйственной деятельности на среду жизнедеятельности человека
вводится дополнительный критерий оценки экологической безопасности –
экологическая
идеальность
(относительное
отклонение
технологического
процесса от идеального) [97]; вводится термин - «идеальный экологический
процесс» [93].
Идеальный экологический процесс – это процесс, в котором величина
параметров в газовых, жидких и твердых выбросах и отходах равна величине этих
параметров в природной среде обитания.
Таким образом, если в естественно-природном или искусственном
технологическом процессе концентрация компонентов в газовых, жидких и
твердых выбросах или отходах и их температура равна их составу и температуре в
окружающей среде, то такой процесс можно считать идеальным.
Считаем необходимым ввести термин – «нормальный экологический
процесс [24]. Нормальный экологический процесс – это процесс, в котором
величина параметров в газовых, жидких и твердых выбросах и отходах не
превышает или равна предельно допустимому значению для данной среды.
Необходимо отметить, что суммарное воздействие нормальных процессов может
и не быть нормальным.
57
На основания критерия экологической идеальности предлагаются (в
дополнении к существующим) допороговые показатели количественной оценки
технологических
и
техногенных
процессов,
учитывающие
соотношение
параметров опасных веществ с естественным фоном.
3.3 Допороговые показатели оценки техногенных процессов на
основе критерия экологической идеальности
Для количественной оценки отклонения реального процесса от идеального
[93] используется формула расчета относительных параметров:
Au 
K p  Ku
Ku
,
(3.1)
где Aи - относительное отклонение реального процесса от идеального;
Кр - значение материального или энергетического параметра (концентрация,
температура) на выходе в газовых, жидких или твердых выбросах;
Ки - значение материального или энергетического параметра в природной
среде.
Если
в
реакции
участвуют
несколько
веществ,
усредненный
концентрационный показатель с учетом массовой доли каждого компонента
может быть определен по формуле аддитивности сложных процессов [6, 93]:



A
K
n
i pi 


Auc  
n
i 1 

  K pi 
 i 1

.
(3.2)
Необходимость применения модулей в числителе формулы 3.2 связана с
тем, чтобы отрицательные и положительные значения Ai не могли нивелировать
друг друга, что в крайних случаях может приводить к Ac= 0.
58
Для оценки отклонения реального процесса от нормального экологического
процесса [24] используется формулу:
Кэ 
К р  ПДК
,
ПДК
(3.3)
где Кэ - коэффициент нормальной экологичности;
ПДК - предельно допустимая концентрация в данной среде.
Процесс можно считать нормальным экологическим процессом в случае,
если Кр=ПДК, тогда Кэ=0, а также если Кэ<0, и не считать таковым в случае, если
Кэ>0.
Существует ряд технологических процессов, в которых участвуют
компоненты с различными классами опасности.
Представляется целесообразным введение
интегрального
показателя
оценки [107] с учетом отклонения от экологической идеальности, доли каждого
компонента и класса его опасности:
n
Kинт  
i 1
Aиiqi
ai
,
(3.4)
где Кинт - интегральный показатель оценки техногенных процессов;
a i - весовой коэффициент с учетом класса опасности вещества: ai равно 1,5;
1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов опасности
(согласно формуле расчета интегральной оценки состояния воздушного
бассейна (2.17);
Аui - относительное отклонение реального процесса от идеального;
qi
- доля i-того компонента в смеси
При взаимодействии компонентов в процессе реакции между собой
предлагается следующая формула расчета интегрального показателя:
n
Kинт  
i 1
A qq
Aиiqi
  иij i j
ai
aij .
(3.5)
В качестве совершенствования нормативов допустимого воздействия
вводится показатель – «предельно допустимая неидеальность» (ПДН) [26, 107],
59
как отношение ПДК опасного вещества к концентрации этого вещества в
окружающей среде (Kui):
ПДН 
ПДК i
.
K ui
(3.6)
Например, естественная природная концентрация хлора в воде ССL=0,3-0,5
мг/л. ПДК хлора в питьевой воде: ПДКСL=300-350 мг/л [123]. Тогда
ПДНСL=ПДКСL/ССL=700-1000. (т.е. запас в среднем в человеческом организме в
700-1000 раз больше фоновой концентрации).
Для синтезированных химических веществ, паров которых в атмосфере
Земли ранее не было, вводится условная концентрация, соответствующую
равномерному распределению паров в атмосфере, жидких компонентов в
гидросфере, твердых веществ в литосфере, т.е. Kui= Kз [26].
Введенные
показатели
оценки
коррелируют
с
существующими
показателями оценки экологической безопасности городской среды, но в
дополнении учитывают сравнительные параметры отклонения локального
процесса от идеального и пределы допустимой неидеальности.
Таким образом, предлагаемая оценка отклонения от экологической
идеальности рассматривается как дополнительный критерий при выборе
«наилучшей доступной технологии» c наивысшим уровнем охраны окружающей
среды при строительстве и функционировании городских технических систем;
вводится термина «идеальный экологический процесс».
На
основе
критерия
экологической
идеальности
в
дополнении
к
существующим показателям оценки предлагается введение дополнительных
количественных показателей оценки технологических и техногенных процессов с
точки зрения отклонения реального процесса от идеального, определения
пределов допустимой неидеальности процесса, а также интегральные показатели
оценки качества городской среды.
60
3.4 Методология оценки отклонения от экологической идеальности для
естественных и технических систем
Методология
оценки
экологической
безопасности
различных
технологических и техногенных процессов городской среды с позиций научной
идеализации опирается на предлагаемую гипотезу об экологической идеальности.
Новый
критерий
оценки
экологической
безопасности
по
экологической
идеальности позволяет применить его к любому процессу: естественному или
технологическому.
Методике оценки отклонения от экологической идеальности приведена на
примере естественного процесса - биологического процесса дыхания человека
[93]. Концентрационные и температурные параметры процесса дыхания человека
приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Параметры для расчета экологической идеальности процесса
дыхания человека
Концентрация или температура
Наименование параметра
в окружающем
воздухе, Ku
Концентрация кислорода
20 %
на выдохе,
Kp
10%
Концентрация углекислого газа
0,4 %
0,8 %
Температура
200С
360С
Используя формулу (3.1) получаем
A
ut
АО
2

36  20
20
 0,8
 0,5 ; АСО  1
2
Знак (-) параметра А: означает, что на выходе концентрация
температура меньше, чем в идеальном экологическом процессе.
или
61
Усредненный концентрационный параметр с учетом массовой доли каждого
компонента может быть рассчитан по формуле аддитивности сложных процессов
(3.2).
В нашем случае, для концентрации двух веществ: n = 2.
 K pi  20  0,4  20,4 и A c 
 0,5  20 1 0,4

 0,51
20,4
20,4
Необходимость применения модулей в числителе формулы (3.2) связана с
тем, чтобы отрицательные и положительные значения Ai не могли нивелировать
друг друга, что в крайних случаях может приводить к Ac= 0.
Таким образом, при дыхании человека среднее отклонение концентрации
основных компонентов от идеальности составляет 51%.
Если бы при дыхании на выдохе концентрации кислорода и диоксида
углерода не отличались от их концентрации в окружающем воздухе, то Kpi=Kui.
АО

2
Ac 
20  20
0
20
АСО
2

0,4  0,4
0
0,4
0  20  0  0,4
0
20,4
То есть и по отдельным веществам и суммарно, отклонения от идеальности
равнялось нулю, а значит, процесс дыхания был бы экологически идеальным.
С учетом введенного параметра отклонения от экологической идеальности
проведена оценка воздействия производственного шума.
Для человека всякий нежелательный звук является шумом. Интенсивное
шумовое воздействие на организм человека неблагоприятно влияет на протекание
нервных процессов, способствует развитию утомления, изменениям в сердечнососудистой системе и снижению слуха. В природе громкие звуки редки, шум
относительно слаб и непродолжителен. Но естественные звуки становятся все
более
редкими,
исчезают
совсем
или
заглушаются
промышленными,
транспортными и другими шумами. Очень высок уровень промышленных шумов,
которые характеризуются хаотическим сочетанием различных звуков [53, 64]. В
производственных условиях источниками шума являются работающие станки и
62
механизмы, ручные и механизированные инструменты, электрические машины,
транспорт,
вспомогательное
оборудование
(вентиляционные
установки,
кондиционеры) и т.д. [53, 64].
Человек воспринимает шум как звуковые колебания, выходящие за рамки
звукового комфорта. Высокочастотный шум (выше 800 Гц) оказывает наиболее
неблагоприятное воздействие на организм человека. Уровень шума до 20-30 дБ
практически безвреден для человека, это естественный шумовой фон. В России
допустимый уровень шума на рабочем месте принят 80дБА, а в США, например,
норма – 90дБА [29, 146].
Оценим шум с точки зрения его воздействия на организм человека с
позиций экологической идеальности (таблица 3.2). Для количественной оценки
воспользуемся формулой расчета отклонения от идеальности:
A
u

L p  Lu
Lu
,
(3.7)
где Аи – относительное отклонение звукового колебания от идеального
(комфортного для человека);
Lp - реальный уровень шума (звука), дБ (А);
Lи- природный (естественный) фон уровня шума (звука), дБ (А).
Таблица
3.2
–
Оценка
экологической
идеальности
природных
промышленных шумов
№ Наименование процесса, явления
п/п
Шум листвы
Тихая музыка
Нормальная речь
Пылесос
Автомобильное движение на
автостраде
7. Метро, пресса
8. Металлорежущие станки (1м)
9. Ковочные и штамповочные молоты
в кузнечно-прессовом производстве
10. Дробилки
1.
2.
3.
4.
5.
Уровни звука,
дБ(А)[29, 146]
15
40
60
70
60
Относительное
отклонение от
идеальности
0,25
1
2
2,5
2
100
90
110
4
3,5
4,5
100
4
и
63
Для
промышленных
шумов
целесообразно
оценить
экологическую
идеальность не только с учетом естественного фона, но и в зависимости от
нормируемых (допустимых) уровней шума, используя формулу (3.7).
Для примера, рассмотрим шум, который производят машины для
измельчения материалов (мельницы, дробилки). Излучение звука в результате
вибрации наружных поверхностей корпуса, опорного кожуха и загрузочной
воронки происходит на частотах выше 600 Гц. На более низких частотах шум
распространяется непосредственно из зоны дробления вследствие недостаточной
звукоизоляции конструктивными элементами зоны загрузки. Уровни шума
зависят от твердости дробимого материала [146, 122].
Рассчитаем по формуле (3.7) отклонение шума дробилки от идеального
звукового колебания (допустимый уровень шума на рабочем месте-80дБА) - А1 и
отклонение от идеальности, рассчитанное с учетом частоты - Аν (нормированное
значение принимаем равным 800 Гц, как частоту, при которой непостоянный шум
оказывает наиболее неблагоприятное воздействие на человека) по формуле (3.3).
В таблице 3.3. представлены расчетные сравнительные значения показателей Аобщ
и показателя, рассчитанным с учетом естественного фона - А2.
Таблица 3.3 - Оценка отклонения от экологической идеальности шума при
измельчении материала в дробилке конусного типа
А1
0,23
0,2
0,18
0,18
0,16
0,1
0,03
0,05
Аν
0,92
0,84
0,69
0,38
0,25
1,5
4
9
Аобщ
0,58
0,52
0,44
0,28
0,2
0,8
2,02
4,52
А2
3,9
3,8
3,7
3,7
3,65
3,4
3,1
2,8
Таким образом, оценивая отклонение от экологической идеальности шума,
вызванного машинами для измельчения материалов, в частности, конусных
дробилок,
можно
отметить,
что
уровень
нормальной
экологичности,
рассчитанный с учетом допустимых значений уровня шума на рабочем месте и
частоты октавных полос, уменьшается с 0,58 до 0,2 на частоте 1000 Гц, затем
увеличивается до 4,52 на частоте 8000 Гц. Отклонение от экологической
64
идеальности, рассчитанное с учетом естественного фона, уменьшается с 3,9 на
частоте 63Гц до 2,8 на частоте 8000 Гц.
Таким
образом,
универсальность
предлагаемая
формулы
расчета
методика
показателя
оценки
оценки
показывает
экологической
безопасности по критерию экологической идеальности как для естественных, так
и для технологических процессов.
3.5 Выводы по главе 3
1. Анализ существующих категорий идеальных явлений в различных
науках и технических системах показал необходимость использования понятия
идеализации в промышленной экологии, в научном обосновании количественной
оценки технологических и техногенных процессов с точки зрения экологической
безопасности.
2. С
учетом
предлагаемого
подхода
и
в
развитии
методов,
предотвращающих или уменьшающих негативное влияние хозяйственной
деятельности на среду жизнедеятельности человека предлагается введение
дополнительного критерия - «экологическая идеальность», учитывающего
соотношение параметров опасных веществ с естественным фоном; вводится
термин - «идеальный экологический процесс».
3. На
основе
критерия
экологической
идеальности
вводятся
дополнительные допороговые показатели оценки технологических и техногенных
процессов в стройиндустрии и других отраслях промышленности: «относительное
отклонение
локального
процесса
от
идеального»,
«предел
допустимой
неидеальности (ПДН)», а также интегральные показатели оценки качества
городской среды.
4. Разработана
урбанизированных
методология
территорий
по
оценки
критерию
экологической
экологической
безопасности
идеальности.
Показана универсальность оценки как естественных, так и технологических
процессов.
65
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ С УЧЕТОМ ДОПОРОГОВЫХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
4.1
Оценка качества атмосферного воздуха городской среды
В последние годы горение оказалось связанным с рядом глобальных
проблем. В первую очередь – с энергетическим кризисом вследствие истощения
природных топливных ресурсов. Второй аспект связан с охраной окружающей
среды и влиянием некоторых продуктов горения на биосферу. В работе проведена
оценка горения различных видов топлива с точки зрения их экологического
воздействия на окружающую среду и с точки зрения критерия экологической
идеальности и выбора «наилучшей доступной технологии».
4.1.1 Оценка экологической безопасности тепловых процессов горения
топлива
На основе термодинамических методов проводилась оценка экологической
безопасности
процессов горения топлива с точки зрения экологической
идеальности. Горение топлива – это быстро протекающий физико-химический
процесс, сопровождающийся выделением теплоты и света. В результате полного
горения получаются газообразные негорючие продукты окисления (СО2, Н2О и
др.) и твердый негорючий остаток (зола или шлак). При неполном горении (при
недостатке окислителя) газообразные продукты и твердый остаток содержат
некоторое количество горючих веществ (СО, Н2, С и др.), и при этом выделяется
меньше теплоты, чем при полном горении. Важно отметить, что продукты
неполного
сгорания
являются
токсичными
веществами.
Наиболее
распространенным продуктом неполного сгорания является оксид углерода
(угарный газ) [38, 140, 74].
Расчеты проводились на примере 4 видов топлива: водорода, углерода,
метана и биогаза [24]. Для оценки отклонения локального реального процесса от
66
идеального применялась формула расчета показателя «относительное отклонение
от
экологической
идеальности»
(3.1)
с
использованием
сравнительных
параметров (материальных или энергетических) на выходе в газовых, жидких или
твердых выбросах и в окружающей среде [24]. Соответственно, рассчитывалась
максимальная температура, определяемая при полном горении (конечная
температура реакции) и концентрация продуктов реакции (выбросов) на выходе.
Расчеты проводились исходя из уравнения теплового баланса (2.1) для каждой из
реакций горения в пересчете на 1 кг твердого топлива и на 1м3 газообразного при
10% избытке воздуха. Температура окружающего воздуха принималась 200С [42,
54, 62, 38].
Приведены расчеты одного из перспективных видов газообразного топлива
- водорода, обладающего высокой энергоемкостью. Несмотря на то, что водород
является
вторичным
энергоносителем,
его
применение
в
ряде
случаев
экономически целесообразно уже сейчас [4, 72]. При низшей теплоте сгорания 1т
H2 эквивалентна 2,7 т бензина или 2,4 т метана. Продукт сгорания водорода водяной
пар
конденсируется,
при
т.е.
температуре
водород
как
окружающей
топливо
среды
почти
может быть
полностью
использован
с
максимальной эффективностью. Разность температур уходящих продуктов
сгорания и питательной воды в цикле – уменьшена практически до 00С, т.е.
нижняя температура цикла может быть максимально близкой к температуре
окружающей среды [94, 72].
Расчет теоретической температуры горения водорода проводился на
основании уравнения реакции:
H2 + 0,5O2 = H2O.
(4.1)
Уравнение теплового баланса реакции согласно формуле (2.1) для горения
водорода согласно уравнению (4.1) выглядит следующим образом:
(1  42) c t  Q  (1  42) c t'
нн
p
kk
(4.2)
67
На основании уравнения теплового баланса (4.2) проведен расчет
'
0
температуры горения водорода на выходе t k  2799 С .
Для количественной оценки отклонения процесса от идеального используем
формулу (3.1). Следовательно, относительное отклонение теплового процесса
горения водорода от экологической идеальности (по температуре) составляет:
Т  Т н (2799  273) - (20  273)
'
At  к

 9 ,48
Тн
(20  273)
.
Аналогично, используя формулу (3.1), провели расчет отклонения от
экологической идеальности по концентрационным параметрам.
Таким образом, в технологическом процессе горения водорода отклонение
от идеальности составляет по температуре - 9,48, а по концентрации - 14,48.
В технике большое значение имеет горение твердого топлива, в основном
угля, содержащего углерод и некоторое количество органических соединений.
При горении выделяется значительное количество газов CO и СО2 .
Расчет концентрационных параметров приведен для реакции неполного
горения углерода, которые протекают, например, в печах:
C+O2=CO2;
C+0,5O2=2CO
(4.3)
Концентрационные параметры выбросов (при наличии 2-х и более веществ)
рассчитывались исходя из формулы аддитивности сложных процессов (3.2). В
реакции неполного горения углерода согласно уравнению (4.3) оценивались и
параметр экологической идеальности, и параметр нормальной экологичности.
Коэффициент нормальной экологичности рассчитывался по формуле (3.3), исходя
из определения введенного ранее термина нормального экологического процесса,
в котором величина параметров в газовых выбросах не будет превышать или
будет равна предельно допустимому значению для данной среды. Сначала
расчеты проводились известным количественным методом, сравнивая с ПДК, а
затем проведен сравнительный анализ с фоновыми параметрами в окружающей
среде [24]. Результаты представлены в таблице 4.1 и таблице 4.2.
68
Таблица 4.1 - Концентрационные параметры для расчета коэффициента
нормальной
экологичности
процесса
неполного
горения
углерода
Концентрация
предельно
Наименование
в дымовых газах
допустимая
параметра
после сгорания,
концентрация
мг/м3
3
(м.р.), мг/м
Углекислый газ
27000
0,22
Оксид углерода
3
0,28
Средний общий концентрационный параметр
Коэффициент
нормальной
экологичности,
Кэ
1
0,91
0,95
Таблица 4.2 - Концентрационные параметры для расчета отклонения от
идеальности процесса неполного горения углерода
Концентрация
Наименование
параметра
Углекислый газ
Оксид углерода
Средний общий
концентрационный
параметр
в окружающем
воздухе, мг/м3
в дымовых
газах после
сгорания, мг/м3
Относительное
отклонение от
экологической
идеальности,
Aи
477,26
0, 00046
0,22
2,5 10 7
0,28
1119999
0,50
1085,48
0,0004602
Таким образом, при известном способе сравнения с ПДК, процесс
неполного горения углерода можно считать нормальным экологическим
процессом (отклонение от ПДК составляет 0,95), а отклонение от экологической
идеальности данного процесса превышает нормальную экологичность в 1142 раза.
Среди существующих газообразных топлив необходимо отметить биогаз
или, как его часто называют, свалочный газ (СГ), который может рассматриваться
как альтернативный источник энергии. Он образуется на полигонах при
достаточной толщине тела захоронения и анаэробном
разложении ТБО.
Оптимальная температура для его образования составляет 25-30°С, кислотность
среды должна соответствовать pH = 7-8 [89,10]. В состав биогаза входит 50-60%
69
метана. Теплота сгорания биогаза, состоящего на 50% из метана, составляет 17,88
МДж/м3, а природного газа с высоким содержанием метана – 34 МДж/м3(что
составляет примерно половину теплотворной способности природного газа)
делает его сбор, транспортирование и промышленное применение экономически
целесообразными. В среднем при разложении одной тонны твердых бытовых
отходов может образовываться 100-200 м3 биогаза [75, 41, 148, 60]. Наряду с этим,
следует учитывать и экологические проблемы от сбора биогаза. Он взрыво-,
пожароопасен и токсичен, поэтому свободное распространение СГ в окружающей
среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального
масштабов. И наконец, как уже отмечалось, биогаз является парниковым газом,
который усиливает эффект изменения климата Земли в целом [10, 35,154, 59].
Расчет концентрационных и температурных параметров для метана и
биогаза проводился согласно формуле (3.1) по уравнениям:
CH 4  2O  CO  2H O  Q p
2
2
2
(4.4)
(0,5CH  0,5CO )  O 
 CO  H O  Q
4
2
2
2
2
р
(4.5)
Сравнительные параметры отклонения от экологической идеальности
процессов горения различного вида топлива представлены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Исходные и расчетные концентрационные и температурные
параметры горения различных видов топлива
Температура
Наименование
топлива
1.2.
1. Водород
2. Углерод
3. Метан
1. Биогаз
окружа
ющего
воздуха, C
20
20
20
20
Концентрация
продуктов
реакции
горения в окрув дытоплива жающем мовых
(на вывоздугазах,
ходе), С хе, доли доли
2799
0,013
0,2
2275
0,00046
0,23
2180
0,01346
0,22
2326
0,01346
0,17
Отклонение от
экологической
идеальности
по
по контемпе- центратуре рации
9,48
7,70
7,37
7,87
14,48
499
15,34
17,57
70
Таким образом, предлагаемая оценка отклонения реального экологического
процесса горения топлива от идеального и нормального процесса показывает, что
из четырех видов топлива, взятых в качестве примера, наилучшим с
экологической точки зрения с учетом относительного отклонения по температуре
можно считать метан, а по концентрации – водород.
При термическом разложении в общем случае могут протекать не только
реакции распада, но и многочисленные сопутствующие, а также вторичные
реакции. Возможность протекания тех или иных реакций может быть оценена с
термодинамической точки зрения [63].
По данным таблицы 4.3. самый высокий коэффициент отклонения от
идеальности
в
реакции
горения
углерода.
Интересным
представляется
возможность уменьшения значения данного коэффициента, если ввести в
реакцию, например, метан или водород, при горении которых показатели
отклонения от идеального процесса значительно ниже.
Рассмотрим процесс дожигания горючей смеси в одной печи, состоящей из
угля и метана, согласно введенному интегральному показателю оценки с учетом
отклонения от экологической идеальности (формула 3.4) [107, 97]. При
содержании угля – 80 % , а метана -20% интегральная характеристика данного
технологического процесса будет выглядеть следующим образом:
K инт 
Aи(C) 0,8 Aи(CH 4 ) 0,2

,
a(C)
a(CH 4 )
где a– весовой коэффициент с учетом класса опасности.
Согласно
таблице
4.3
коэффициент
отклонения
от
экологической
идеальности процесса горения углерода равен 499. Коэффициент экологической
идеальности процесса горения метана равен 15,34. Класс опасности «древесного
угля в кусковой форме» (ac) равен 4, класс опасности метана равен 4 [112, 113].
Зависимость Кинт от доли каждого компонента в смесях (С-СН4) и (С-Н2)
представлена в таблице 4.4.
71
Таблица 4.4 - Зависимость Кинт от доли компонента метана или водорода
в смесях (С-СН4) и (С-Н2)
Доля метана в
смеси (С-СН4)
Кинт (С-СН4)
Доля водорода в
смеси
(С-Н2)
Кинт (С-Н2)
0,2
473,26
0,2
471,88
0,4
0,6
359,46
245,65
0,4
0,6
356,70
241,5
0,8
131,85
0,8
126,32
Из приведенных расчетов можем сделать вывод о том, что при увеличении
доли метана в смеси (С-CH4) Кинт уменьшается с 473,26 до 131,85 (т.е. в 3,6 раза).
А при увеличении доли водорода в смеси (С-H2) Кинт уменьшается с 471,88 до
126,32 (т.е. в 3,7 раза), что говорит преимуществе использования водорода по
сравнению с метаном. Сжигание топливной смеси
(С-Н2) можно считать
«наилучшей доступной технологией».
Рассчитывая Кинт, мы принимали во внимание тот факт, что в процессе
горения вещества не взаимодействуют между собой. Однако целесообразно
рассчитать Кинт при взаимодействии компонентов между собой, что учитывается в
формуле (3.5). В результате взаимодействия углерода и водорода образуется
синтез газ [54, 14]:
C+O2=CO2; 2C+O2=2CO
2H2+O2=2H2O; С+H2O=CO + H2 .
Интегральный показатель для смеси, состоящей из углерода, метана и
водорода согласно уравнению (3.5) будет выглядеть следующим образом:
Aи(C) q( C ) Aи(CH 4 ) q(CH 4 ) Au(H 2 ) q(H 2 ) Au(C  CH 4 ) q(C) q(CH 4 )




a(C)
a(CH 4 )
a(H 2 )
a( C  CH 4 )
Au(C  H 2 ) q(C) q(H 2 ) Au(CH 4  H 2 ) q(CH 4 ) q(H 2 )

a( C  H 2 )
a(CH 4  H 2 )
K инт 
(4.6)
72
Для построения регрессионной модели второго порядка для смеси,
состоящей из 3-х видов топлива (4.6) построена матрица планирования (согласно
табл.2.1.) и рассчитаны коэффициенты по формуле (2.11):
Au(C )  499 ;
Au(CH 4)  15,34 ;
Au(С -CH 4 )  21,48;
Au(C - H 2 )  67,3;
Au(H 2 )  14,48;
Au(CH 4  H 2 )  2,64.
В зависимости от доли каждого компонента смеси был проведен расчет
согласно модели (4.6). Полученные результаты
зависимости Кинт от доли
компонента углерода, метана или водорода в смеси (С-СН4-H2), при условии их
взаимодействия в смеси, представлены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 - Зависимость Кинт от доли компонента углерода, метана или
водорода в смеси (С-СН4-H2) при условии их взаимодействия в
смеси
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Доли компонентов в смеси (С-СН4-H2)
доля углерода
0,8
0,6
0,6
0,6
0,4
0,4
0,4
0,4
0,2
0,2
0,2
0,2
0,3
доля метана
0,1
0,2
0,1
0,3
0,2
0,3
0,1
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,3
доля водорода
0,1
0,2
0,3
0,1
0,4
0,3
0,5
0,1
0,4
0,5
0,6
0,7
0,3
Кинт для смеси
(С-СН4-H2)
480,92
371,65
370,39
372,96
257,46
259,26
255,70
262,97
143,72
141,39
139,10
136,85
408,64
73
Из приведенных в таблице 4.5 расчетов можно сделать вывод, что при
увеличении в смеси доли водорода до 0,5-0,7 Кинт уменьшается в 1,03-1,3 раза по
сравнению с дожиганием в смеси с метаном (при той же доли углерода).
Таким образом, введя новые допороговые показатели оценки экологической
безопасности (локальные и интегральные), можно прогнозировать уменьшение
концентрации
вредных
газов в продуктах
сгорания различных
топлив,
оптимизировать их состав при совместном горении в энергетических городских
системах и выбирать «наилучшую доступную технологию».
Учитывая, что свойства предельных углеводородов способствуют их
использованию в качестве топливных составляющих, проведен анализ внутри
гомологического ряда предельных углеводородов: СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, …,
С20Н42. Зависимость отклонения от экологической идеальности
от количества
Отклонение от
экологической идеальности
атомов углерода показана на рисунке 4.1.
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Количество атомов углерода
Рисунок 4.1. Зависимость отклонения от экологической идеальности от
количества атомов углерода в процессах горения предельных
углеводородов
Согласно применяемой нами оценке идеальным топливом с точки зрения
экологической
идеальности
внутри
гомологического
ряда
предельных
углеводородов является С12Н24 (дизельное топливо).
Более полно оценка технологических процессов горения топлива с точки
зрения идеальности определялась с учетом теоремы Нернста [54, 62, 36].
74
Рассчитывалась максимально полезная работа реакции (Amax) при заданных
условиях процесса (формула 2.2-2.4). При уменьшении разности Amax - Qmax,
процесс становится более термодинамически идеальным (формула 2.8). Кривые
зависимостей термодинамических параметров А(T) и Q(T) реакций горения
различных видов топлива представлены на рисунках 4.2 - 4.5. Приближение
процесса к термодинамически идеальному при рассчитанных температурах
наблюдается при горении биогаза (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2 - Кривые зависимостей А=f(T) и Q=f(T) в ходе реакции горения
водорода (при Тк(расч.)=3072K: Q=199,92 кДж/ моль, A= -6,27кДж)
Рисунок 4.3 - Кривые зависимостей А=f(T) и Q=f(T) в ходе реакции
горения
углерода (при Тк(расч.)=2548K: Q=395,23кДж/моль, A=398,29кДж)
75
Рисунок 4.4 - Кривые зависимостей А=f(T) и Q=f(T) в ходе реакции горения
метана (при Тк(расч.)=2453K:Q=689,45кДж/моль, A=576,52 кДж)
Рисунок 4.5 - Кривые зависимостей А=f(T) и Q=f(T) в ходе реакции горения
биогаза (при Тк(расч.)=2599K: Q=270,35 кДж/моль, A=916,23 кДж)
Практическая ценность предложенной оценки рассматривается также на
примере оценки горения топлива, используемого при эксплуатации городского
транспорта.
76
На основании данных таблицы 4.6 и таблицы 4.7 о количестве выбросов
вредных веществ (г/исп) в атмосферу [71, 153, 149, 151] интересным
представляется рассчитать отклонение от экологической идеальности и предельно
допустимую неидеальность процессов горения топлив в городской среде.
Таблица 4.6 - Количество выбросов вредных веществ (г/исп) в атмосферу для
различных видов топлива [71]
Наименование
Усредненное количество выбросов при эксплуатации, г/км
вещества
Бензин АИ-92 Сжиженный Природный Метанол Водород
газ
газ
СО
41,00
19,00
8,50
28,00
0,01
СН
8,8
4,8
4,5
4,6
0,0
NОx
9,00
8,60
6,10
4,40
2,50
Принимая
эталоном
(экологически
идеальным
топливом)
водород,
минимальное отклонение от экологической идеальности по выбросам оксида
углерода наблюдается у природного газа (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Отклонение от экологической идеальности по выбросам СО при
горении автомобильного топлива
По
введенным
показателям
проводилась
оценка
экологической
безопасности горения топлива по составу выбросов отработанных газов в
зависимости от типа двигателя городского автотранспорта. Состав отработавших
газов двигателей представлен в таблице 4.7.
77
Таблица 4.7 - Состав отработавших газов двигателей [71]
Вещество
О2
СО2
Н2О
N2
NOx
CO
CxHy
Альдегиды
Сажа, мг/м3
SОx, мг/м3
Бенз(а)пирен,
мкг/м3
Объемная доля, %
Бензиновый
Дизель
0,05-8,0
2,0-18,0
5-12,5
1-12
3-13
0,5-10
74-77
76-78
0,05-0,5
0,1-1,0
0,1-10
0,01-0,5
0,2-2,0
0,01-0,5
0-0,2
0-0,05
До 100*
До 20000*
0,003*
0,015*
25
10
В целях повышения уровня защищенности среды жизнедеятельности
человека проведена оценка сжигании топлива в зависимости от двигателя
автотранспорта по наиболее опасному веществу - бенз(а)пирену, и результаты
представлены в таблице 4.8.
Таблица 4.8 - Оценка экологической неидеальности процесса сжигания топлива в
двигателях автотранспорта (по бенз(а)пирену)
Наименование параметра
Тип двигателя
Бензиновый Дизельный
Фоновая концентрация бенз(а)пирена в воздухе
3,9·10-6
3,9·10-6
промышленного центра, мг/м3 [74, 56, 124]
ПДК бенз(а)пирена, мг/м3[133]
10-4
10-4
Концентрация бенз(а)пирена в отработавших газов
25· 10-3
10· 10-3
двигателей, мг/м3
Предельно допустимая неидеальность
256
256
Относительное отклонение от экологической
6409
2563
идеальности
Как показано в таблице 4.8 наилучшей доступной технологией (с учетом
отклонения от экологической идеальности, стремящейся к единице) можно
считать сжигание топлива в дизельном двигателе.
78
С экологической точки зрения актуальной для городской атмосферы
является проблема сжигания попутных нефтяных газов и продуктов производства
предприятий Волгоградской области. Проведена оценка выбросов загрязняющих
веществ в атмосферный воздух под факелом влияния предприятий
ООО
«ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Каустик» и ОАО «Химпром»
[40]. Результаты расчетных параметров представлены в таблицах 4.9 - 4.11.
Таблица 4.9 - Оценка отклонения от экологической идеальности процесса
сжигания побочных нефтяных газов под факелом влияния ООО
«ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка»
Наименование
вещества
Сmax,
мг/м3
Сф ,
мг/м3
ПДКм.р.,
мг/м3
ПДН
Aи
Фенол
Сероводород
Диоксид серы
Диоксид азота
0,0063
0,0088
0,5
0,14
3·10-5
2,18·10-5
4,27·10-3
1,33·10-3
0,007
0,008
0,5
0,085
209
367
107
64
232
403
116
104
Примечание: Сmax - максимальный уровень содержания загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе; Сф - фоновая приземная концентрация вещества;
Aи - относительное отклонение от экологической идеальности; ПДН – предельно
допустимая неидеальность.
Таблица 4.10 - Оценка отклонения от экологической идеальности процесса
сжигания отходящих газов под факелом влияния ОАО
«Химпром»
Наименование
вещества
Сmax,
мг/м3
Сф ,
мг/м3
ПДКм.р.,
мг/м3
ПДН
Aи
Хлорид водорода
Оксид углерода
Аммиак
0,22
6
1
0,3
2,3·10-4
0,01
9·10-4
0,2
5
0,2
870
200
222
956
239
332
79
Таблица 4.11 - Оценка отклонения от экологической идеальности процесса
сжигания отходящих газов под факелом влияния ОАО
«Каустик»
Наименование
вещества
Хлорид водорода
Аммиак
Хлор
Сmax,
мг/м3
0,22
0,03
1
0,012
Сф ,
мг/м3
2,3·10-4
9·10-4
4,1·10-4
ПДКм.р.,
мг/м3
0,2
0,2
0,1
ПДН
Aи
870
22
24
956
32
28
Таким образом, показана возможность применения новых показателей для
количественной оценки экологической безопасности технологических процессов
с точки зрения экологической идеальности. Как видно из таблиц 4.9-4.11,
концентрации загрязняющих веществ под факелом влияния химических и
нефтехимических предприятий Волгограда превышают нормативы предельно
допустимых выбросов ПДК, а нормативы ПДК превышают естественный
природный фон рассмотренных веществ в ПДН=22-870 раз.
4.1.2 Оценка экологической неидеальности процессов горения полимерных
материалов
В современном жилищном строительстве все более широкое применение
находят полимерные отделочные материалы. К таким материалам предъявляется
ряд экологических требований по отсутствию вредных выделений в рабочую и
жилую зоны, а также требования по низкой горючести. Особую опасность представляет несанкционированное горение отходов полимерных материалов на полигонах и промотвалах, протекающее при небольших скоростях нагревания и отсутствии потока кислорода (неполное горение) с выделением значительного содержания опасных веществ (СО, непредельных углеводородов и др.). Пожары,
обусловленные воспламенением и горением полимерных материалов, в том числе
на полигонах, ежегодно наносят большой ущерб экономике и городскому
хозяйству [63, 106, 69].
80
Наибольшую опасность вызывают процессы горения промышленных и
бытовых отходов (например, полихлорированные бифенилы и изделия из
поливинилхлорида,
целлюлозно-бумажная
и
полиэтиленовая
продукция),
сопровождающиеся образованием экологически опасных веществ – диоксинов,
которые являются очень стойкими ксенобиотиками. В особенности это касается
аварийной обстановки, в частности, при пожарах на производстве [20, 109, 151].
Горение полимерных материалов рассматривают как процесс, имеющий в
основном тепловую природу [11, 63, 5]. Большую опасность для окружающей
среды и для здоровья и жизни человека представляют вредные, токсичные
продукты сгорания, образующиеся при горении полимерных материалов. После
прекращения
пламенного
горения
в
этом
поверхностном
слое
может
продолжаться довольно долго беспламенный процесс горения, который в
повседневной практике часто называют тлением. Он представляет серьезную
опасность с точки зрения возможного распространения пожара. Поэтому
вопросам подавления гетерогенных реакций окисления углерода уделяется
серьезное внимание [5, 11, 104].
Наиболее эффективным способом снижения горючести полимеров является
введение в их состав антипиренов, способных разлагаться с большим
эндотермическим эффектом, тем самым увеличивая способность полимера
поглощать тепло. К антипиренам относят неорганические и органические
вещества, которые содержат в молекулах такие элементы, как галогены, фосфор,
азот, бор, металлы, группировки с тем или иным сочетанием этих элементов.
Причем большинство неорганических антипиренов нелетучи и образуют при
разложении малотоксичные газы [5]. При выборе антипирена важно учитывать
экологический
аспект
–
сами
антипирены
должны
быть
нетоксичны,
выделяющиеся при разложении негорючие газы также должны быть нетоксичны
и уменьшать дымообразование [128, 105].
Проводились исследования по оценке экологической безопасности горения
полимерных материалов с учетом различных режимов горения и модификации
композиций [97].
81
Оценка проводилась на примере процессов горения полиэтилена и
полипропилена. Реакцию горения полиэтилена можно представить реакциями
полного и неполного горения согласно уравнениям (4.7) и (4.8):
(-C2H4-)n +3O2→2CO2+2H2O+Q
(4.7)
3(-C2H4-)n+6O2→2CO2+2C+2CO+6H2O+Q.
(4.8)
При движении продуктов разложения от поверхности полимера в зону
пламени согласно уравнению (4.7) и соответственно с увеличением температуры
происходит практически полное разложение остатков полимерных цепей до
простых соединений с выделением тепла, т.е. выделения опасных веществ не
происходит [11]. При неполном горении полиэтилена согласно уравнению (4.8)
образуются вредные, с экологической точки зрения, компоненты – оксид углерода
и этилен (который сгорает).
С точки зрения идеальности процесса необходимо регулировать процесс
разложения полимеров в сторону увеличения коксового остатка, что обеспечит
снижение количества вредных летучих соединений при горении и одновременно
понизит горючесть полимерных материалов. Одним из таких способов является
введение антипиренов в состав полимеров [5]. В качестве антипиренов
использовались синтезированные фосфорсодержащие соединения [105].
Реакция горения полиэтилена с введением антипирена в идеальном случае
выглядит следующим образом:
Антипирены
(-C2H4-)n +O2m → 2C+2H2O.
(4.9)
В результате реакции (4.9) образуются нетоксичные вещества: кокс и вода.
Для количественной оценки процесса горения полиэтилена с точки зрения
отклонения
от
экологической идеальности
используем формулу расчета
относительных параметров (3.1).
Сравнительные
параметры
горения
полиэтилена
в
зависимости
различных условий протекания процесса представлены в таблице 4.12.
от
82
Таблица 4.12 - Исходные и расчетные концентрационные и температурные
параметры горения полиэтилена
Наименование процесса
Температура
1. Полное горение
полиэтилена
2. Неполное горение
полиэтилена
3. Горение полиэтилена с
использованием антипиренов
Отклонение от
идеальности, Aи
по
по темконценпературе
трации
tн, C
tk, C
20
2030
6,86
17,57
20
1013
3,39
21,0
20
840
2,80
12,16
На примере реакции горения полиэтилена показано, что при неполном
горении
относительное
отклонение
от
экологической
идеальности
по
концентрации превышает соответствующий параметр в реакции полного горения
в 1,2 раза, что связано с большим количеством вредных веществ. Использование
антипиренов позволяет снизить параметр отклонения от идеальности в 2,5 раза по
температуре (по сравнению с полным горением) и в 1,7 раза по концентрации (в
случае неполного горения).
Для более наглядной оценки идеальности использовалась функцию
желательности Харингтона для двухсторонних ограничений [51]:
   ,
d i  exp  Yi'

где

Yi' - безразмерный показатель желательности
(4.10)
Yi' 
2Yi  ( Ymax  Ymin )
Ymax  Ymin
Yi - экспериментальное значение показателя; Ymax и Ymin – максимальное и
минимальное значение;
 - ранг показателя.
Обобщенная функция желательности рассчитывалась по формуле:
D  n d1  d 2  d 3  d n ,
(4.11)
где di - частные функции желательности.
Показатели желательности для отдельных компонентов при горении
полиолефинов, рассчитанные по формуле (4.10) приведены на рисунках 4.7-4.8.
83
Рисунок 4.7 - Показатели желательности диффузионных пламен
полиэтилена с антипиренами и без антипиренов
В реакциях горения полиэтилена (рисунок 4.7) без использования
антипиренов обобщенная функция желательности, рассчитанная по формуле
(4.11)
D=0,66, что
согласно
базовым
величинам шкалы
желательности
соответствует показателю «хорошее», а с введением в реакцию антипиренов
обобщенная функция желательности D=0,80, что соответствует показателю
«хорошее-очень хорошее».
Рисунок 4.8 - Показатели желательности диффузионных пламен пропилена
с антипиренами и без антипиренов
84
В реакциях горения полипропилена (рисунок 4.8) без использования
антипирена обобщенная функция желательности D=0,66, что согласно базовым
величинам
шкалы
желательности
соответствует
показателю
«удовлетворительное», а в реакциях с введением антипиренов
обобщенная
функция желательности D=0,81, что соответствует показателю «очень хорошее».
Таким
образом,
при
оценке
экологической
безопасности
горения
полимерных материалов использование методики оптимизации с применением
показателей
позволило
отклонения
от
оптимизировать
экологической
состав
идеальности
полимерных
(желательности)
композиций,
улучшив
экологические характеристики процесса горения и выбрать «наилучшую
доступную технологию» с введением в реакцию антипиренов.
4.1.3 Оценка экологической безопасности процессов измельчения в
строительной промышленности
Процессы измельчения широко распространены в различных отраслях
промышленности
–
рудодобывающей,
строительной,
металлургической,
химической, нефтехимической, а также в процессах переработке твердых и
твердообразных отходов [85, 132, 81, 97]. При исследовании процессов
утилизации отходов важным аспектом является их переработка, что связано,
прежде всего, с измельчением. В химической промышленности они включают, в
основном, измельчение твердых материалов, классификацию однородных
сыпучих материалов и их смешение [103, 44].
Крупное и среднее измельчение (с начальным диаметром частиц от 23 до
1500 мм) проводится, как правило, сухим способом, а мелкое и тонкое (с
начальным диаметром от 0,1 до 25 мм) – как сухим, так и мокрым способами (в
жидкости – обычно в воде). С экологической точки зрения важным фактором
является существенный выброс пыли, содержащий вредные вещества. Следует
учитывать тот факт, что в процессе мокрого измельчения значительно
уменьшается концентрация пылевых выбросов [85, 1, 97].
85
Несмотря на многообразие устройств для измельчения (различного типа
дробилки и мельницы) [85, 133, 53], ученые и производители разрабатывают
новые и совершенствуют существующие устройства для измельчения, добиваясь
ускорения самого процесса измельчения, а соответственно, уменьшения
энергетических затрат.
Актуальность исследования продиктована особенностями минеральносырьевой базы Волгоградской области, включающей 4 месторождениями
известняка,
используемого
для
производства
строительных
материалов.
Разработаны новые технические решения, позволяющие улучшить экологические
показатели
технологических
установок
по
измельчению
материалов,
защищенные 3 патентами. В предлагаемых технических изобретениях [100-102], в
конструкциях
устройств
по
измельчению
материалов
повышение
производительности достигается за счет равномерного распределения мелющих
тел и кусков измельчаемого материала по всей длине помольной камеры,
исключая скопление мелющих тел и крупных кусков неизмельченного материала
у разгрузочного приспособления. Самоочищающиеся конструкции этих устройств
позволяют использовать их как при сухом, так и при мокром процессе
измельчения, что позволяет избегать налипания мокрых частиц на стенки
аппаратов. На рисунке 4.9. изображено одно из предлагаемых устройств для
измельчения материалов [102].
Рисунок 4.9 - Устройство для измельчения материалов
86
Устройство [102] состоит из корпуса 1 с загрузочным 2 и разгрузочным 3
приспособлениями, помольной камеры 4, выполненной из изогнутой трубы в виде
винтовой спирали из упругого материала и соединенной с приводом 5. Помольная
камера 4 заполнена мелющими телами 6. С внешней стороны корпуса 1
установлен механизм осевого перемещения помольной камеры 4, включающий в
себя винтовую пару: винт 7 и гайку 8, а также разрезные калибровочные шайбы 9
для установки зазора между витками помольной камеры 4, закрепленной с
возможностью вращения в радиально-упорных подшипниках 10 и 11. Внутри
помольной камеры 4 вдоль ее верхней части установлен барьер в виде
прямоугольного металлического бруса 12, закрепленный на стойках 13. Стойки 13
с помощью фланцев 14 жестко соединены с консолями 15. Консоли 15
установлены горизонтально внутри горизонтальных концов изогнутой трубы
помольной камеры 4. Высота Н бруса 12 равна диаметру d мелющих тел 6.
Нижняя часть высоты Н бруса 12 на 0,6-0,7 высоты покрыта эластичным
материалом 16, например слоем резины.
Задачей предлагаемого технического решения является интенсификация
процесса измельчения за счет увеличения угловой скорости вращения помольной
камеры, при котором центробежное ускорение в помольной камере превышает
ускорение свободного падения [102].
Техническим
результатом
является
увеличение
производительности
устройства за счет установки внутри помольной камеры вдоль ее верхней части
барьера в виде прямоугольного металлического бруса высотой, равной диаметру
мелящих тел.
Это позволяет кускам измельчаемого материала при вращении помольной
камеры с угловой скоростью, обеспечивающей ускорение помольной камере
большее, чем ускорение свободного падения, с силой ударяться о металлический
брус, что приводит к их дополнительному измельчению, а затем падать вниз на
витки винтовой спирали в режиме обычного измельчения. Так как верхняя часть
бруса не покрыта эластичным материалом, то куски измельчаемого материала
ударяются о металлическую поверхность бруса как о наковальню, измельчаются и
87
падают вниз. Покрытие нижней части бруса на 0,6-0,7 долей его высоты
эластичным
материалом,
например
резиной,
обеспечивает
столкновение
мелющих тел, например шаров, с эластичным материалом, что смягчает их удар о
брус. И за счет упругой деформации эластичного материала отбрасывает
мелющие тела навстречу кускам измельчаемого материала. Это приводит к
дополнительному
взаимному
столкновению
мелющих
тел
с
кусками
измельчаемого материала. Далее шары с частицами измельчаемого материала
падают вниз на витки винтовой спирали в режиме обычного измельчения.
Увеличение высоты покрытия эластичным материалом нижней части бруса выше
указанного предела 0,7 его высоты приводит к тому, что крупные куски
измельчаемого материала будут ударяться об эластичное покрытие, а не о металл,
из которого брус выполнен. Это приводит к снижению эффективности
измельчения и производительности устройства. Уменьшение высоты покрытия
эластичным материалом нижней части бруса ниже указанного предела 0,6 его
высоты приводит к тому, что с учетом зазора между верхней кромкой бруса и
внутренней поверхностью помольной камеры мелющие тела будут ударяться не
об эластичное покрытие, а о металлическую поверхность бруса. Это приводит к
их преждевременному износу и снижению эффективности столкновения
мелющих тел с кусками измельчаемого материала [102].
Данные устройства могут быть использованы в горнодобывающей, горнообогатительной, строительной, металлургической, химической, нефтехимической,
лакокрасочной и других отраслях промышленности. А также в экологических
процессах при вторичной переработке твердых и твердообразных отходов [100102, 97].
По
количеству
выбрасываемой
пыли
в
окружающую
среду
промышленность строительных материалов занимает второе место после
предприятий теплоэнергетики [14, 1]. Предприятия по производству цемента
относят также к наиболее значительным источникам поступления в окружающую
среду тяжелых металлов, которые представляют большую потенциальную
88
опасность, так как способны, как и соединения серы и азота, распространяться на
большие расстояния в виде аэрозолей [14].
Существует четкая зависимость между экспозицией пылевого фактора
территорий или помещений и возникновением различных болезней органов
дыхания человека. Для заболеваний органов дыхания, обусловленных высокой
концентрацией пыли в воздушной среде, характерна необратимость их течения, в
большинстве случаев данные заболевания приводят к потере трудоспособности
заболевших и сокращению срока жизни [14, 97]. Необходимо также отметить, что
в
случаях
превышения
предельно
допустимых
концентраций
(ПДК)
мелкодисперсных частиц пыли с размерами частиц менее 10 мкм и менее 2,5 мкм
на каждые 20 % происходит увеличение заболеваний с нарушениями мозгового
кровообращения примерно на 50 %.
Вместе с тем, частицы мелкодисперсной пыли способны перемещаться на
достаточно большое расстояние и длительное время находиться в воздушной
среде территорий или помещений, поступая в органы дыхания населения и
вызывая риск возникновения различных заболеваний [97].
С учетом актуальности проблемы и введенного критерия экологической
идеальности
проведена
измельчения
в
оценка
строительной
экологической
отрасли.
В
безопасности
качества
примера
процессов
оценивался
механический процесс измельчения известняка в зависимости от использования
технологии - сухого или мокрого способа измельчения с последующей очисткой в
циклоне.
При измельчении известковой породы получены частицы с плотностью
распределения, представленной на рисунке 4.10 с начальной концентрацией
частиц Cн=22 г/м3 для сухого измельчения и Cн=9 г/м3 для мокрого измельчения.
Далее рассчитали, какое количество циклонов необходимо, чтобы уловить
частицы в случае сухого или мокрого измельчения при заданной степени очистки
98%. Получили, что при сухом измельчении требуется 6 циклонов с диаметром
корпуса 336 мм. При мокром измельчении требуется всего 1 циклон с диаметром
89
882 мм, что обеспечивает большую технологическую и экономическую
эффективность процесса (при расходе 2 м3/с).
Рисунок
4.10
-
Плотность
распределения
частиц
известковой
породы:
1) при сухом измельчении; 2) при мокром измельчении
Концентрация частиц мелких фракций, выбрасываемых после циклонов,
рассчитывалась по формуле [20, 133]:
Ck= (1- η)·Cн,
(4.12)
где Сн - начальная концентрация (в воздухе), мг/м3;
Ск – концентрация на выходе, мг/м3;
η – степень очистки.
При ПДКр.з.= 6 мг/м3, заданной степени очистки 98% в обоих сравниваемых
процессах получили результаты: при сухом способе измельчения Ck=12,4 мг/м3,
при мокром способе - Ck=5,8 мг/м3. Допороговые показатели представлены в
таблице 4.13.
Таким образом, при сухом способе измельчения концентрация мелких
частиц известняка на выходе превышает ПДК более чем в 2 раза, и требуется
дополнительная очистка воздуха на фильтрах. При мокром измельчении
концентрация пыли на выходе ниже ПДК рабочей зоны, что обеспечивает
большую технико-экономическую и экологическую эффективность процесса.
90
Таблица 4.13 - Количественная оценка механического процесса измельчения
известняка с учетом экологической идеальности
Наименование
процесса
Исходные и расчетные параметры
Cн,
Ck,
Аи
ПДН
3
3
мг/м
мг/м
Измельчение сухим способом с
последующей очисткой в циклоне
Измельчение мокрым способом с
последующей очисткой в циклоне
0,1
12,4
123
2
0,1
5,8
57
0,9
Таким образом, оба процесса измельчения – и сухой, и мокрый с
последующей очисткой в циклонах
далеки от экологической идеальности, так
как естественная концентрация пыли известняка в воздухе не превышает 0,1 г/м3
[133]. Но при выборе способа измельчения известняка с точки зрения выбора
«наилучшей доступной технологии» рекомендован мокрый способ измельчения с
последующей очисткой в циклоне. При данной технологии отклонение от
экологической идеальности приближается к единице, что приближает данную
технологию к НДТ.
Также в качестве механического процесса измельчения рассмотрен процесс
дробеструйной
очистки
отливок
от
окалины,
которую
производят
в
сталелитейных цехах металлургических заводов. Исходные и расчетные данные
приведены в таблице 4.14 [133, 20].
Таблица 4.14 - Параметры газовых потоков сталелитейного цеха
Газовый поток
Концентрация,
г/м3
4,8
Отклонение от
идеальности, Aи
47,9
После очистки в циклоне
0,5
4
После очистки в рукавных фильтрах
0,15
0,5
В окружающем воздухе
0,1
0
ПДКсс
0,16
0,6
До очистки
Как видно из таблицы 4.14, дополнительная после циклонов очистка
воздуха позволяет на выходе из сталелитейного цеха снизить концентрацию
91
частиц ниже значения ПДК, но она все равно остается в 1,5 раза больше, чем в
окружающей
атмосфере,
что
характеризуется
значением
относительного
отклонения от экологической идеальности Aи=0,5.
4.1.4
Оценка
экологической
неидеальности
массообменного
и
ионообменного процессов адсорбции газов (паров винилхлорида,
диоксина и бенз(а)пирена)
С применением введенных допороговых показателей проведена оценка
экологической неидеальности массообменных процессов адсорбции паров
винилхлорида, диоксина и бенз(а)пирена, как наиболее вредных веществ в
выбросах городской атмосферы [26, 96, 87].
Введенный в работе термин идеального экологического процесса, в котором
концентрации и температуры выбрасываемых компонентов не превышают этих
параметров в окружающей среде (атмосфере, гидросфере и литосфере) [93, 24],
невозможно распространить для синтезируемых веществ, которых ранее в
природе не существовало. В этом случае за идеальную экологическую
концентрацию можно принять условную их концентрацию, соответствующую
равномерному распределению паров в атмосфере, жидких компонентов в
гидросфере, твердых веществ в литосфере [26].
В работе рассмотрены технологические и экологические аспекты процесса
адсорбции винилхлорида из абгазов. С учетом общего количества выбросов
винилхлорида в атмосферу, составляющего 104 тонн паров, и рассчитанного
объема 10 км приземного слоя атмосферы 4,518 ·1010 м3, средняя концентрация
паров винилхлорида (ВХ), равномерно распределенных по объему атмосферы
Земли, составляет Сз=0,221 мг/м3 [96]. Так как ПДКр.з. равна 30 мг/м3 [133], то она
превышает концентрацию Сз идеального экологического процесса в 136 раз [26].
Проведены расчеты процесса адсорбции паров ВХ в адсорбционной
колонне периодического действия с неподвижным слоем адсорбента – активного
угля и непрерывного действия с движущимся слоем адсорбента по алгоритму,
92
описанному в работах [99, 25, 26]. Исходные, справочные данные и расчетные
параметры приведены в Приложении Б (таблица Б.1).
Результаты расчетов показывают, что эффективность использования
обменной емкости адсорбента в адсорбере непрерывного действия в 4,63 раза
выше, чем в адсорбере периодического действия. При начальной концентрации
паров винилхлорида С0 = 0,018 кг/м3 степень очистки в обоих случаях не
превышает ПДК рабочей зоны, что с точки зрения введенного показателя
предельно допустимой неидеальности экологического процесса превышает
среднюю концентрацию паров ВХ в атмосфере Земли в 136 раз [26].
Таким образом, «наилучшей доступной технологией», с точки зрения
технологических преимуществ, можно считать процесс адсорбции паров ВХ из
абгазов непрерывного действия по сравнению с периодическим, чего нельзя
сказать о преимуществах экологических [26].
В работе проведена оценка процесса адсорбции паров диоксина из
вентиляционных выбросов. Концентрация диоксина напрямую связана с
концентрацией хлора в отходах. В научном мире в последнее время наблюдается
повышенный интерес к супертоксичному ксенобиотику диоксину. Проведены
расчеты адсорбционного процесса паров диоксина в колоннах периодического и
непрерывного действия [96, 74]. В Приложении Б (таблица Б.2) приведены
справочные данные и расчетные параметры адсорберов периодического
и
непрерывного действия.
Основное преимущество адсорбера непрерывного действия по сравнению с
адсорбером периодического действия связано со значительно более эффективным
использованием адсорбционной динамической емкости адсорбента [96, 74].
Объем воздуха, очищаемого 1 кг адсорбента в адсорбере непрерывного действия,
в 4,26 раза больше, чем в адсорбере периодического действия.
Так как диоксин относится к суперопасным ксенобиотикам, то его
концентрация на выходе из адсорбера должна равняться нулю или, в крайнем
случае, опираясь на гипотезу об идеальном экологическом процессе, не должна
превышать фоновую концентрацию в атмосфере, которая, исходя их расчетов,
93
аналогично методике в главе 4.4.1. составляет Сф~ 2·10-13 кг/м3. С учетом
супертоксичности диоксина принимаем фоновую концентрацию паров диоксина
в атмосфере как конечную для идеального экологического процесса. Начальная
концентрация диокина составляет 1·10-9 кг/м3 [93, 26, 96].
Уравнение материального баланса для произвольного момента времени  за
интервал времени  [96] имеет вид:
qv Cн  Ск   СT aк  ан  ,
(4.13)
qv Cн  Ск    у V Cн  Cн* ан ,
(4.14)
а массопереноса
где aн, aк - концентрации диоксина, соответствующие соответственно начальной
концентрации в воздухе и конечной концентрации диоксина в адсорбенте,
кг/кг;
3
qv - производительность по очищаемому воздуху, м /час;
Сн, Ск - начальная и конечная концентрация диоксина, кг/м3;
 у - внешний коэффициент массоотдачи, м3/см2.
Тогда основная часть алгоритма расчета для i – той интеграции по времени
и j – того элемента высоты слоя адсорбента z принимает вид:
Cн , j 
Cк , j  Cн , j 
aк , j  aн , j 
aн , j
B0 A0  aн , j 
 у V
C
н,j
,
 Cн* , j ,
qv
qv Cн , j  Cк* , j 
(4.15)
.
СT
Графики зависимостей концентрации диоксина в очищаемом воздухе и
адсорбенте от высоты слоя адсорбента в конце времени рабочего цикла  = 59,6
часа, рассчитанные по формулам (4.20-4.22), приведены на рисунке 4.11
94
Рисунок 4.11 - Профили концентрации паров диоксина в очищаемом воздухе (1) и
адсорбенте (2) в конце рабочего цикла  =59,6 часа.
Сравнение времени рабочего цикла в этом расчете с аналогичным
параметром, полученном по известному интегральному алгоритму [96, 99]
 д =81,96 час (Приложение 3), показывает, что интегральный алгоритм завышает
время рабочего цикла в 1,5 раза.
Таким образом, «наилучшей доступной технологией» с точки зрения
технологических преимуществ можно считать процесса адсорбции в адсорбере
непрерывного действия по сравнению с адсорбером периодического действия, что
показывает время рабочего цикла по заданному алгоритму до достижения
заданной фоновой концентрации диоксина.
Также проводились исследования по моделированию процесса адсорбции
бенз(а)пирена из дымовых газов с учетом критерия экологической идеальности.
Бензопирен относится к сильнейшим ксенобиотикам. Его максимально
разовая ПДК составляет 1,5·10-4 мг/м3, а среднесуточная 10-4мг/м3 [133]. Рабочая
температура в адсорбере выбрана t=3100С, что соответствует средней температуре
топочных газов после их получения при сжигании углеводородного топлива в
котельных до экономайзера [136, 110]. В пользу адсорбции при такой высокой
95
температуре говорит то, что остальные вредные компоненты (оксиды азота и
углерода) не будут адсорбироваться и «загрязнять» микропоры адсорбента, то
есть будет идти процесс моноадсорбции. Пары остальных вредных компонентов
можно будет улавливать при обычных температурах, до которых охлаждаются
дымовые газы в экономайзере [87].
Расчеты
равновесной
зависимости
концентрации
бенз(а)пирена
в
адсорбенте от парциального давления его паров в дымовых газах проводились
через аналогичную зависимость стандартного вещества – бензола по формулам
теории Эйкена и Поляни [87, 88].
Необходимость расчетов адсорберов периодического и непрерывного
действия до конечных концентраций бенз(а)пирена в дымовых газах, равных его
фоновой концентрации в воздухе (а не только до конечных концентраций, равных
ПДК, как обычно это делается), связано с его повышенной токсичностью [87]. В
этом случае, опираясь на гипотезу об идеальном экологическом процессе,
концентрация в дымовых газах паров бенз(а)пирена не должна превышать
фоновую в атмосфере [93, 26]. Расчеты параметров адсорберов периодического и
непрерывного действия для улавливания паров бенз(а)пирена из дымовых газов
проведены
по
формулам
4.20-4.22,
на
основании
системы
уравнений
материального баланса, массопередачи и изотермы Ленгмюра [98, 88, 87].
Исходные и справочные данные, а также расчетные параметры приведены в
Приложении Б (таблица Б.3).
Более эффективное использование динамической емкости адсорбента
показало
основное
преимущество
адсорбера
непрерывного
действия
по
сравнению с адсорбером периодического действия. Так, объем дымовых газов,
очищаемых 1 кг адсорбента в адсорбере непрерывного действия, в 2,28 раза
больше, чем в адсорбере периодического действия. При очистке до фоновых
концентраций бенз(а)пирена в воздухе этот показатель еще выше и равен 7,48
раз. [87].
Рабочее время адсорбции для достижения конечной концентрации,
соответствующей ПДК, составляет τк=561,8 часа, а для конечной фоновой
96
концентрации τф=322,3 часа. Профили концентраций бенз(а)пирена в дымовых
газах и адсорбенте по высоте слоя последнего для конечного рабочего времени
цикла приведены на рисунке 4.12 - 4.13.
2
1
Рисунок 4.12 - Профили концентраций паров бенз(а)пирена в дымовых газах в
конце
рабочего
времени
адсорбции:
1-
для
конечной
концентрации, соответствующей ПДК, τк=561,8 часа; 2-для
конечной фоновой концентрации τф=322,3 часа)
2
1
Рисунок - 4.13. Профили концентраций бенз(а)пирена в адсорбенте в конце
рабочего времени цикла: 1- для конечной концентрации паров
в дымовых газах, соответствующей ПДК, τк=561,8 часа; 2-для
конечной фоновой концентрации τф=322,3 часа)
Таким
образом,
предлагаемый
алгоритм
расчета
адсорбции
паров
бенз(а)пирена, основанный на уравнениях материального баланса, массопередачи
и изотермы Ленгмюра для элементарного слоя адсорбента, при условии конечной
концентрации этих паров, равных фоновой концентрации бенз(а)пирена в
97
воздухе, позволяет увеличить рабочее время цикла со 141 часа, получаемого по
известному алгоритму расчета, до 260 часов, то есть в 1,8 раза. При расчетах на
конечную концентрацию паров бенз(а)пирена в дымовых газах, равную ПДК,
известный и предлагаемый алгоритмы дают расхождения по рабочему времени
цикла в 20%, причем известный алгоритм занижает это время. Преимуществом
предлагаемого алгоритма расчета является то, что он позволяет определять
профили концентраций бенз(а)пирена в дымовых газах и адсорбенте по высоте
слоя последнего для любого момента времени [87].
4.2 Оценка экологической безопасности при утилизации отходов на
урбанизированных территориях
Проблема экологической опасности затрагивает все стадии обращения с
твердыми бытовыми отходами (ТБО), начиная с их сбора и транспортировки и
заканчивая
подготовкой
к
использованию
утильных
компонентов
и
уничтожением или захоронением неиспользуемых фракций [66, 70, 145]. С
учетом санитарных требований защиты населения в мировой практике
разработаны различные схемы обеззараживания, переработки, утилизации и
захоронения ТБО [34, 143, 41]. При выборе метода и технологии промышленного
обезвреживания и переработки отходов, необходимо знать состав и свойства
утилизируемого мусора [66, 34, 77].
В крупных городах остро стоит проблема организации системы вывода
твердых бытовых отходов (ТБО). Мусор является благоприятной средой для
развития бактерий, которые вызывают различные инфекционные заболевания.
При разложении органических веществ в местах складирования ТБО образуется
тяжелый запах, причинами которого являются вредные для организма газы
аммиака, сероводорода, меркаптана. Поэтому в крупных городах актуальна
проблема организации системы регулярного вывоза мусора на полигоны [66, 84].
98
Говоря о перспективах государственной политики в России, основные
направления работ по управлению
бытовыми отходами представлены в
Концепции обращения с ТБО [77]. Основными приоритетами концепции
экологически безопасного обращения с отходами являются: минимизация
образования отходов производства и потребления, внедрение малоотходных
технологий; максимальное вовлечение отходов производства и потребления в
хозяйственный оборот с целью повторного их использования; обезвреживание
отходов производства и потребления с целью их дальнейшего использования или
захоронения
на
полигонах
нетоксичных
отходов;
захоронение
отходов
производства и потребления на специализированных полигонах, обеспечивающих
защиту окружающей среды [66, 69, 77].
Система утилизации отходов в России основана преимущественным
образом
на захоронении их на специальных полигонах. На территории
Волгоградской области скопилось более 60 млн. т отходов, которые занимают
площадь более 210 га, не считая несанкционированных свалок. Из-за
протекающих процессов и реакций в отвалах с органическими компонентами
бытовых отходов происходит образование газов (метан, диоксид углерода, азот,
сероводород). Оценка выделения парниковых газов при сжигании отходов
актуальна в России не только для специализированных установок, но и для
случаев несанкционированного сжигания и самопроизвольного горения ТБО на
свалках. Важно при этом усчитывать, что взаимодействие метана с воздухом при
концентрациях (7-15%) взрывоопасно [66, 70, 61, 34, 35].
Согласно проведенным экспертным оценкам уровень эмиссии метана
(СН4)из захоронений ТБО в России за 1998-2000 гг. варьируется в пределах 0,0 1,1 млн. т в год [35], что составляет 0,1% об общего количество ежегодно
выбрасываемого в атмосферу метана [50].
Соответственно, зная объем приземного слоя атмосферы (глава 4, п.4.1.4),
рассчитана средняя концентрация паров метана, равномерно распределенных по
объему атмосферы Земли, которая равна Сз=0,000102 мг/м3. Так как ПДКм.р. равна
50 мг /м3 [83], то она превышает концентрацию Сз идеального экологического
99
процесса в 490 196раз. Следовательно, при размещении отходов на полигонах
предельно допустимая неидеальность данного процесса утилизации отходов от
эмиссий метана из захоронений на полигонах составит ПДН = 490.
Другим наиболее распространенным способом утилизации отходов является
их сжигание на мусоросжигательных заводах. Экологические воздействия
связаны, прежде всего, с загрязнением воздуха, в основном - мелкодисперсной
пылью, оксидами серы и азота, диоксинами и другими опасными веществами.
Серьезные проблемы возникают также с захоронением золы от мусоросжигания,
масса которой составляет до 30 % сухой массы ТБО. В силу своих физических и
химических свойств она не может быть захоронена на обычных свалках [66].
Была
проведена
также
оценка
процесса
сжигания
ТБО
на
мусоросжигательных заводах [107, 79] , результаты представлены в таблице 4.15.
Таблица 4.15 - Оценка экологической безопасности процесса сжигания ТБО
Наименование
вещества
Диоксид серы, SO2
Оксиды азота, NOХ
Оксид углерода, СО
2)
Хлороводород, HCl
Фтороводород, HF
Сmax,
мг/м3
322
103
120
18
18,9
Спр,
Сф,
3
мг/м
мг/м3
0,029 4,27·10-3
0,0091 1,33·10-3
0,306
0,025
0,0025 2,3·10-4
0,00267 2,43·10-4
ПДКсс
мг/м3
0,5
0,2
5
0,2
0,062
ПДН
Aи
117
150
200
870
250
11102
11318
4799
7199
7078
Примечание: Сmax - максимальная концентрация веществ, выбрасываемых
из дымовой трубы, Спр - максимальная приземная концентрация загрязняющих
HF
веществ, Сф, - фоновая приземная концентрация.
На основании приведенных расчетов в таблице 4.15 показано, что в данном
технологическом процессе концентрации вредных веществ, выбрасываемых в
окружающую среду, укладываются в нормативы предельно допустимых выбросов
ПДК. Но сами нормативы ПДК превышают в настоящее время естественный
природный фон рассмотренных веществ в ПДН=117-870, а относительное
отклонение локального процесса от идеального составляет Аи=7078-11318.
100
4.3 Оценка техногенного воздействия на качество и биоразнообразие
водной среды
4.3.1
Ионообменный
процесс
очистки
охлаждающей
воды
реакторов АЭС от радиоактивных изотопов стронция и цезия
В последнее время значительно снижен интерес к атомной энергетике,
выражающийся, в частности, и в запрете строительства новых и постепенного
вывода из эксплуатации действующих АЭС. Одним из аргументов против АЭС
является то, что предельно-допустимые концентрации (ПДК) по радиоактивным
«долгоживущим» изотопам цезия
137
Cs и стронция
90
Sr на два порядка и более
превосходят природный радиационный фон. Для экологии Волгоградского
региона проблема особенно актуальна в связи с возможным влиянием
Балаковской АЭС на экосистему Волги.
Предлагается очищать охлаждающую воду атомных электростанций (АЭС),
загрязненную радиоактивными изотопами цезия и стронция, не только до ПДК,
которые в сотни и более раз превышают естественный радиационный фон, но и до
концентраций, соответствующих этому природному фону. В качестве примера
проведен расчет ионообменной колонны, обеспечивающей такую очистку
охлаждающей воды [93].
В таблице 4.16 приведены начальные концентрации в охлаждающей воде
этих изотопов после аварии, ПДК и концентрации, соответствующие природному
фону.
Таблица 4.16 - Концентрации ионов цезия и стронция в воде
Радиоактивный
фон в
воде
Цезий
Стронций
До очиcтки после
аварии [92]
Kи/л
5,13·10-6
4,05·10-6
кг/м3
5,95·10-8
2,92·10-8
Концентрация
ПДК [109, 92]
Kи/л
2,7·10-10
1·10-10
кг/м3
3,13·10-12
7,2·10-13
Естественный
радиоактивный фон
в воде [9, 92]
Kи/л
кг/м3
0,2·10-12 2,32·10-15
0,2·10-12 1,44·10-15
101
Понятие идеальности экологического процесса, в котором концентрации и
температуры выбрасываемых компонентов не превышают этих параметров в
окружающей среде (атмосфере, гидросфере и литосфере) в случае с АЭС
приобретает особую актуальность. ПДК опасных веществ утверждены как
нормативы, несоблюдение которых может привести к деградации естественных
экологических систем. В случае с радиоактивными веществами последствия
могут проявиться и в рамках нормативов ПДК, но не сразу, и даже не через год, а
через 1-2 поколения, поскольку радиоактивное облучение вызывает мутагенные
изменения.
Так как все концентрации по радиоактивным изотопам приводятся в Kи/л
или Бк/л, а расчеты сорбционных процессов ведут в г/л или кг/м3, то необходим
пересчет заданных радиоактивных концентраций (C*) в объемно-массовые (С) по
формуле [92]:
С=2,8·10-6·М·Т·С*,
(4.16)
где М - молекулярная масса, г/моль;
Т- период полураспада, год.
Период полураспада для цезия
137
Cs составляет 30,17 лет, для стронция 90Sr
- 28,8 года [92].
Согласно величинам концентраций, приведенных в таблице 4.16, ПДК по
радиоактивным ионам цезия в воде превышает фоновую концентрацию в 1350
раз, а по таким же ионам стронция в 500 раз. Рассмотрим возможность доочистки
воды
от
радиоактивных
ионов
цезия
и
стронция
от
концентраций,
соответствующих ПДК до естественной фоновой концентрации в ионообменной
колонне периодического действия с неподвижным слоем ионита. Для этого после
основной ионообменной колонны диаметром Dа=1,6м и высотой слоя ионита
H=0,5м ставим такую же дополнительную колонну.
Согласно расчетам для этой колонны, представленных в Приложении В,
время рабочего цикла дополнительной адсорбционной колонны лимитируется
ионами цезия в очищенной воде, по которым концентрация, соответствующая их
естественному природному фону, достигается ко времени τ=7,41 часа. Конечная
102
концентрация радиоактивных ионов стронция даже меньше естественной
природной концентрации на 42%.
Таким образом, в первой основной колонне происходит снижение
концентрации вышеназванных радиоактивных ионов до ПДК, а затем во второй
дополнительной колонне тех же размеров, что и первая, можно проводить
доочистку от концентраций, соответствующих ПДК на выходе из первой колонны
до естественных фоновых концентраций этих радиоактивных компонентов в воде.
Это позволяет считать «наилучшей доступной технологией» двухступенчатый
метод доочистки воды от радиоактивных веществ.
4.3.2 Экологическая оценка гидродинамического процесса на примере
функционирования ГЭС в зависимости от типа плотины и режима эксплуатации
Оценка
функционирования
ГЭС
с
точки
зрения
отклонения
от
экологической идеальности проводилась на примере Волжской ГЭС, которая
является крупнейшей гидроэлектростанцией Европы и Волжско-Камского каскада
Основные характеристики Волжской ГЭС представлены в таблице 4.17. Это
последняя, восьмая его ступень. Станция покрывает пиковую часть графика
нагрузки в ЕЭС России [121].
Таблица 4.17 - Основные характеристики Волжской ГЭС [121]
Установленная мощность
Среднегодовая проектная выработка
Среднемноголетний сток
НПУ
Нмакс
Нрасч.
Нмин.
Количество гидроагрегатов
Число часов использования среднегодовой
установленной мощности
2592,5 МВт
11100 млн. кВтч
247,3 куб. км
15,0 м
27 м
20/21,5 м
14 м
22 + 1
(1 агрегат мощностью 11
МВт для питания
собственных нужд ГЭС)
4 000-4 500
103
Водохранилище рассчитано на суточное регулирование с недельным
циклом. В паводковый период гидроэлектростанция работает в базисе графика
электрической нагрузки энергосистемы, а излишки воды сбрасываются через
водосливную плотину [114, 121]. За три весенних месяца на Волге и
подавляющем большинстве ее притоков происходит 60-65 % готового стока [12].
В отличие от естественных природных водоемов водохранилища являются
сложными
природно-техническими
гидродинамическим
режимом,
системами
который
с
неустановившимся
определяет
изменчивость
пространственной структуры качества вод во времени [73, 21]. Интенсивные
колебания скорости и разнонаправленность течений на водохранилищах,
обусловленные режимом работы гидроэлектростанций, непосредственно влияют
на процессы накопления и распространения в воде примесей, осложняя
наблюдение и контроль экологического состояния природных вод. Особенно
неблагоприятная обстановка складывается на акваториях водохранилищ в
районах крупных промышленных городов, где формируются зоны загрязнения с
повышенным содержанием в воде химических веществ [116].
Режим функционирования ГЭС определяется различными факторами, в том
числе зависит от типа ГЭС (на равнинных или горных реках), а также от режима
сброса воды с учетом регулирования выработки электроэнергии [68].
Экологические аспекты при рассмотрении функционирования ГЭС связаны
с амплитудами суточных и недельных колебаний расходов и уровней воды в
нижних бьефах гидроузлов. Суточные сбросы разрушительно действуют на
береговую линию и наносят большой ущерб нересту рыб [52, 80, 68].
Необходимо
отметить,
что
низкая
себестоимость
электроэнергии
равнинных ГЭС во многом объясняется недостаточным учетом экологических
последствий их строительства и эксплуатации. Колебания уровня воды в бьефах
гидроузла в период нереста вызывают массовую гибель отложенной икры и
вылупившихся личинок [68].
Количественная оценка экологической идеальности функционирования ГЭС
позволила бы более объективно оценить их воздействие на природную среду. В
104
работе проводилась оценка различных режимов эксплуатации ГЭС, выявление
идеальных экологических показателей, связанных с особенностями накопления
воды и регулирования суточных сбросов для регулирования выработки энергии и
пиковых нагрузок [68].
1.
Целесообразно
ввести
интегральные
экологические
показатели
эксплуатации равнинных ГЭС [67]. По аналогии будем считать процесс течения
реки условно идеальным.
Основными показателями, давно используемыми для течения рек, являются
расход qv и среднее время течение воды  от истока до устья. Зная длину реки l ,
несложно считается средняя скорость воды в реке:
= l/ 
(4.17)
V= qv  .
(4.18)
и объем воды в русле:
Для рек с плотинами расход воды несколько уменьшается за счет
увеличения площади S водной поверхности на водохранилищах [52].
Обозначим новый расход воды в реке qvn и
dq 
qvn
 1.
qv
(4.19)
Объем воды увеличивается за счет ее накопления в водохранилищах и
становится равным V1. Тогда обозначим
dv 
V1
 1.
V
(4.20)
Если коэффициенты dq и dv равны 1, то есть, если возможно было бы
получать энергию без накопления воды в водохранилищах и увеличения зеркала
испарения со свободной поверхности, то процесс был бы идеальным. Такая
модель
ГЭС
наиболее
соответствует
наплавной
гидроэлектростанции,
относящейся к категории бесплотинных ГЭС [52].
Другой
интегральный
параметр,
учитывающий
неидеальность
экологического процесса и связанный со средним временем пребывания
105
d 
1
или с учетом формул (4.18), (4.19) и (4.20)

d 
Согласно
приведенным
V1
qv1
V dv

qv
интегральным
dq
показателям
хорошо
видны
преимущества ГЭС на горных реках, по сравнению с равнинными. Для последних
поверхность водохранилищ в несколько раз больше. Поэтому коэффициент
неидеальности по зеркалу поверхности и испарению dq  1 и интегральный
параметр неидеальности d   dv. [52].
Расчет интегральных показателей по различным параметрам представлен
следующим образом:
dv 
V1
 1;
V
→ dqv; dτ ≈ dv
db ≈ 1
основании
расчетов
H1
1
H
(4.21)
ds ≈ 1
На
dH 
интегральных
показателей
экологической
идеальности по различным параметрам [67] согласно уравнению (4.21) можно
сделать общий вывод о преимуществе плотин ГЭС на горных реках, по
сравнению с равнинными:
2.
Особое
значение
имеет
оценка
экологической
идеальности
функционировании ГЭС с точки зрения суточных сбросов для регулирования
выработки энергии и пиковых нагрузок.
Рассмотрим воздействие режимов функционирования ГЭС на примере
Волжской ГЭС, которая входит в холдинг ОАО «РусГидро» и
является
крупнейшей гидроэлектростанцией Европы и Волжско-Камского каскада,
покрывая пиковую часть графика нагрузки в ЕЭС России [114].
В междуречье Волги и Ахтубы располагается Волго-Ахтубинская пойма,
площадь которой около 7 тыс. кв. км [68]. Волго-Ахтубинская пойма играет
огромную роль в процессе воспроизводства рыб, сохранения биоразнообразия и
создания
рекреационных
зон,
а
также
ведения
поливного
земледелия.
106
Значительную часть поймы занимает заповедная зона, на территории которой
находится множество редких растений и животных. В современных условиях от
хозяйственной деятельности человека во многом зависит нормальное состояние
поймы. Огромный вред пойме наносят суточные колебания сброса. Волжская
ГЭС работает на сглаживание нагрузок в энергосистеме России (регулирование
частоты). Колебания сброса приводят к интенсивному размыванию берегов,
особенно левого, пойменного берега Волги [68].
С точки зрения экологичности представляется интересным оценить
реальный и идеальный режим эксплуатации ГЭС на основании данных выработки
электроэнергии. Аналогично предложенным коэффициентам экологичности для
ГЭС, указанным выше, коэффициент идеальности может быть рассчитан и с
учетом пиковых нагрузок [68]. Рассмотрим в качестве примера сравнительный
график среднесуточной выработки электроэнергии Волжской ГЭС в рабочем
режиме и в период паводка (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 - Сравнительный график среднесуточной выработки электроэнергии
Волжской ГЭС (в рабочем режиме и режиме паводка)
Как видно из рисунка 4.14, в период паводка практически нет отклонений в
режиме нагрузки и выработки электроэнергии, нет колебаний в виде «пиков» и
«падений», поэтому процесс близок к идеальному.
107
Представляется интересным оценка экологичности ГЭС с точки зрения
суточных сбросов, в случае, когда выработка электроэнергии идет в рабочем
режиме с использованием значений качества выработки Волжской ГЭС за сутки в
кВтч [68]. Расчет вычисления статистических параметров приведен в таблице
4.18.
Таблица 4.18 - Статистические параметры суточной выработки Волжской ГЭС в
рабочем режиме за 2011 г.
Наименование параметра
Расчет
Среднее арифметическое
Дисперсия
воспроизводимости
Среднеквадратичное
отклонение
Доверительные
интервалы для среднего
Yср 
S2 
Y
i
 (Y
i
Значение параметра
(кВтч)
1071417
m
 Yср ) 2
37195033405
m 1
S  S2
192860,1
B  Yср  tS / m ,
±81473
где t - критерий
Стьюдента*
Пределы для дисперсии**
Нижний
предел
дисперсии
для
Верхний предел
дисперсии
для
*
S
2
экспер
S
2
экспер

mS 2

mS 2
776777787
2 ,
где  для нижнего
предела составляет
33,9;
5201799438
2 ,
где  для верхнего
предела 13,1
Критерий Стьюдента принимаем равным 2,07
(при числе степеней
свободы  =m-1 и уровне значимости  =5% (вероятность 95%) [38].
**
Критерий  при m<30) выбирается при числе степеней свободы  =m-1
и  =5% для нижнего предела и  =95% - для верхнего предела.
108
Для оценки идеальности работы агрегата используем коэффициент
вариации V, который показывает разброс показателей относительно среднего [68].
Идеальная работа при V  Vmin  0 .
Количественно оцениваем коэффициент вариации V по формуле (2.6):
V 
S
192860,1

 0,18 или 18 % .
Y cp 1071417
Такое
значение
удовлетворительном
в
коэффициента
статистическом
V
говорит
отношении
о
сравнительно
разбросе
показателей
выработки электроэнергии и, соответственно, сброса воды в нижнем бьефе [68].
Для
более
наглядной
оценки
идеальности
используем
функцию
желательности Харингтона для двухсторонних ограничений по формулам (4.10) и
(4.11). Рассчитанные значения показателей желательности для суточного рабочего
режима работы гидроагрегатов (ГА) представлены на рисунке 4.15.
Рисунок 4.15 - Показатели желательности для суточного графика работы ГА
Волжской ГЭС (в рабочем режиме)
Базовые величины шкалы желательности [51]:
при d  0.80;1.00 - очень хорошее качество;
при d  0.63;0.80 - хорошее;
при d  0.37;0.63 - удовлетворительное;
при d  0.37;0.20- плохое.
109
При оценке шкалы желательности на рисунке 4.15 использовались базовые
величины шкалы желательности. По формуле (4.19) рассчитана обобщенная
функция желательности для ГЭС за сутки. Расчетное значение D=0,64, что
согласно базовым величинам шкалы желательности соответствует показателю
«хорошее» [68].
Зная график выработки Волжской ГЭС за 2011 год по месяцам [51],
представленный на рисунке 4.16, рассчитаем показатели желательности для
годичного графика работы гидроагрегатов (рисунок 4.17).
Рисунок 4.16 - График годовой выработки электроэнергии Волжской ГЭС за
2011г.
Рисунок 4.17 - Показатели желательности для годичного графика работы ГА
Волжской ГЭС за 2011г.
110
На
основании
сравнительных
значений
показателей
желательности
(рисунок 4.17) и базовых величин желательности, рассчитана обобщенная
функция желательности работы ГЭС за год по формуле (4.19). Расчетное значение
D=0,42, что согласно базовым величинам шкалы желательности соответствует
показателю «удовлетворительное». Наилучшее значение частного показатели
желательности приходится на апрель (0,61), но и оно попадает в категорию
«удовлетворительное». Расчетные показатели за год не соответствуют с точки
зрения функции желательности тому базовому значению «хорошего качества»,
однако суточные показатели соответствуют этим критериям. В течение суток
колебания сброса воды, несмотря на «пики», незначительны, в то время как в
течение года амплитуды суммарных значений колебаний и в верхнем, и в нижнем
бьефе огромны [68].
Таким образом, идеальные экологические показатели при оценке различных
режимов эксплуатации ГЭС, связанные с особенностями накопления воды и
регулированием суточных сбросов для регулирования выработки электроэнергии
и
пиковых
нагрузок,
поддерживается
должны
необходимый
стремиться
к
экологический
значениям,
режим,
при
которых
удовлетворяющий
потребности в электроэнергии и поддерживающий природные комплексы в
состоянии, близком к природному оптимуму.
4.4 Выводы по главе 4
1. Показана
значимость
и
достаточность
введенных
допороговых
показателей при сравнительной оценке различных технологических процессов
объектов строительства и городского хозяйства, определении степени их
приближения к «идеальному экологическому процессу», а соответственно
степени приближения к «наилучшей доступной технологии» (НДТ) с наивысшим
уровнем охраны окружающей среды.
111
2. Оценка процессов горения топлива с точки зрения экологической
идеальности показала, что для четырех видов топлива, взятых в качестве примера,
наилучшие показатели отклонения от идеальности по температуре наблюдаются
при горении метана, а по концентрации – при горении водорода. С
использованием введенного интегрального показателя оценки качества городской
среды показана возможность оптимизации состава топливной смеси с углеродом,
имеющей при горении наихудший показатель отклонения от экологической
идеальности.
3. Оценка
процессов
сжигания
отходящих
газов
химических
и
нефтехимических предприятий г.Волгограда позволяет сделать вывод о том, что
концентрации вредных веществ под факелом влияния превышают нормативы
ПДК, а нормативы ПДК превышают естественный фон рассмотренных веществ в
несколько раз. При оценке сжигания топлива в двигателях городского
автотранспорта показано, что сжигание топлива в дизельном двигателе можно
считать НДТ (по оценке выбросов бенз(а)пирена).
4. Оценка экологической безопасности процессов измельчения известняка
с использованием допороговых показателей «отклонение от экологической
идеальности» и «предела допустимой неидеальности» показала, что приближение
к идеальному экологическому процессу наблюдается при мокром измельчении,
что приближает данную технологию к НДТ.
5. Проведенная
оценка
экологической
безопасности
различных
технологических процессов позволяет сделать вывод о том, что экологическая
идеальность процесса может рассматриваться как дополнительный критерий при
выборе НДТ при строительстве и функционировании городских технических
систем. Использование предлагаемых допороговых показателей позволяет
оптимизировать состав композиций, улучшать экологические характеристики
процесса и выбирать «наилучшую доступную технологию».
112
ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Методика количественной оценки экологической безопасности
технических систем с учетом допороговых показателей антропогенного
воздействия
Оценивая любой технологический процесс городских технических систем,
целесообразно
применять
принципы
определения
«наилучшей
доступной
технологии», определяя из альтернативных вариантов ту технологию, которая
обеспечивает наивысший уровень защиты окружающей среды. Использование
критерия экологической идеальности позволяет на первоначальном этапе
определять степень приближения к заданному уровню.
На
основании
проведенных
исследований
разработана
методика
определения параметров отнесения любого технологического процесса к
идеальному или степени стремления к таковому, оценивая относительное
отклонение его от идеального процесса, а следовательно отклонение / близости к
НДТ.
Методика заключается в следующем:
1. Оцениваются материальные и энергетические параметры с учетом уравнений
теплового
баланса.
экологического
Для
процесса
определения
и
процесса
идеального
как
нормального
экологического
процесса
определяются параметры на выходе (температура и концентрация).
2. Для оценки отклонения локального процесса от идеального используется
формула расчета относительных параметров (3.1). Если в реакции участвуют
несколько веществ, по формуле аддитивности
сложных процессов (3.2)
рассчитывается усредненный концентрационный параметр с учетом массовой
доли каждого компонента.
113
3. Для
определения
нормального
экологического
процесса
учитывается
предельно допустимая концентрация в выбросах и отходах.
Для оценки
экологичности нормального процесса (Кэ) используется формула (3.3).
Процесс считается нормальным экологическим процессом в случае, если
концентрация на выходе (Кр) будет равняться ПДК, тогда Кэ=0, а также если
Кэ<0, и не считать таковым в случае, если Кэ>0.
4. Существует
ряд
технологических
процессов,
в
которых
участвуют
компоненты с различными классами опасности. А, соответственно, оценка
экологической идеальности будет зависеть от доли каждого компонента,
участвующего в реакции с учетом его класса опасности. В этом случае
производится
расчет
интегральной
характеристики
экологической
идеальности с учетом класса их опасности по формуле (3.4).
5. В качестве дополнительного параметра экологического нормирования
допустимого воздействия рассчитывается количественный показатель предельно допустимая неидеальность (ПДН), как отношение предельнодопустимой концентрации ПДК к естественной природной концентрации
компонента в природной среде по формуле (3.5).
6. При оценке нескольких параметров целесообразно проводить оптимизацию с
учетом критерия оптимизации - функции Харрингтона по формуле (4.18) и
(4.19), позволяющую провести преобразование измеренных (расчетных)
значений свойств в безразмерную психофизическую шкалу желательности.
7. Экономический эффект от проведения тех или иных мероприятий оценивается
исходя из предположения, что технология производственного процесса
стремится к безотходной технологии. При расчетах экономического эффекта
проводится оценка возможного предотвращенного ущерба.
Разработанная методика оценки экологической безопасности технических
систем позволяет проводить расчеты для существующих и проектируемых
производств или технологий с учетом дополнительных показателей, оценивать
экологическую эффективность каждого процесса и выбирать «наилучшую
доступную технологию».
114
На основе методики разработан руководящий методический материал по
комплексной оценке экологической безопасности различных процессов или
технологий объектов городского хозяйства.
Результаты исследований внедрены в качестве методического обеспечения
деятельности в МБУ "Служба охраны окружающей среды" (г. Волжский).
позволяющие с использованием предложенной методики проводить комплексную
оценку экологической безопасности для городской среды, определять порядок
проведения оценки с учетом показателей экологического нормирования, а также
дополнительных
показателей,
определяющих
допороговые
факторы
экологической опасности в соответствии с естественным фоном (Приложение Г).
Разработанный
методический
материал
по
оценке
экологической
безопасности в городской среде использован в учебном процессе ФГБОУ ВПО
«Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ) и
Волжского
политехнического
института
(филиала)
ВолгГТУ
в
учебных
дисциплинах «Применение ЭВМ в экологии», «Математическое моделирование
химико-технологических процессов», «Экология» (Приложение Г).
5.2 Эколого-экономические аспекты идеального технологического
процесса и расчет предотвращенного экологического ущерба при переходе с
традиционных на альтернативные источники энергии
В соответствии с экологическими и экономическими требованиями
концепция перехода к устойчивому развитию в значительной степени зависит от
устойчивости
развития
энергетики.
При
постоянной
увеличивающей
энергетической потребности мировые запасы топлива истощаются. Запасов угля
человечеству хватит приблизительно на 100 лет, запасов газа и нефти – на 40 лет.
Необходим поиск технологий, основанных на использовании альтернативных
источников экологически чистой энергии. Энергия, заключѐнная в 1 м3 биогаза,
115
эквивалентна энергии 0,6 м3 природного газа, 0,74 л нефти, 0,65 л дизельного
топлива, 0,86 т условного топлива [86].
При выборе топлива, как отмечалось в главе 4, необходимо учитывать не
только очевидные экологические расчеты (в том числе по материальным и
тепловым выбросам), но также необходимо учитывать и предотвращенный
экологический ущерб [89].
В
этом
смысле
считаем
целесообразным
рассмотреть
эколого-
экономический подход с точки зрения экологической идеальности на примере
биологического топлива – биогаза, который может рассматриваться как
альтернативный источник энергии. Неиспользование биогаза для получения
энергии помимо упускаемой экономической выгоды приводит к необходимости
применения для этих целей невозобновляемого углеводородного топлива, а также
к загрязнению окружающей среды [42].
Эмиссии биогаза, поступающие в природную среду, формируют негативные
эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих
странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации
эмиссии биогаза. Это привело к возникновению самостоятельной отрасли
мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию биогаза [35].
Использование биогаза как топлива по сравнению с использованием природного
газа экологически более предпочтительно из-за меньшего содержания в
продуктах сгорания соединений серы, азота, углекислого газа, золы [75, 35] .
Важным является аспект возвращения значительного количества отходов
производства и потребления в производственный цикл и уменьшение ущерба,
причиняемого окружающей среде в результате накопления отходов [86].
Теплотворная способность биогаза составляет 20-25 МДж/м3, что делает его
сбор,
транспортирование
и
промышленное
применение
экономически
целесообразными. Учитывая, что с 1 га полигона в течение года можно собрать
около 1 млн. м3 биогаза, его производство в стране могло бы составить
внушительную цифру - 15 млрд. м3 в год. При общем объеме потребления
природного газа в 400-450 млрд. м3/год биогаз мог бы быть источником экономии
116
природных ресурсов и, что самое важное, - возобновляемым источником энергии
[10].
Твердые бытовые отходы, из которых можно получать биогаз, во многих
странах является прибыльным бизнесом. В Германии, например, годовой оборот
мусорного бизнеса достигает 80 млрд. евро [59].
Экономический анализ перспектив биогазовых технологий основан на
ключевых аспектах энергетики. Монополизация традиционной энергетики
создает ситуацию, при которой у потребителя практически нет возможности
выбора источника энергоснабжения, объѐма и режима энергопотребления, тарифа
на энергию и др. [86, 145]. Также проблемой является глобализация и
централизация энергетических систем. Удалѐнность малых потребительских
объектов
от
систем
энергоснабжения
приводит
к
экономической
неэффективности традиционных централизованных систем, повышается интерес
к
нетрадиционным
альтернативным
источникам
энергии.
Внедрение
биоэнергетических технологий позволит расширить рынок электроэнергии на
региональном и локальном уровне. Реализация проектов производства биогаза
приведѐт к уменьшению загрязнения окружающей среды, сбережению запасов
полезных ископаемых, формированию оптимальной схемы энергетического
рынка [86, 35].
Идеальность технологического процесса с точки зрения экономической
эффективности приближена к экономической эффективности безотходных
производств.
При безотходном производстве рационально используются сырье и энергия,
и не оказывается вредного влияния на окружающее пространство. Экономический
эффект в этом случае образуется за счет предотвращения социальноэкономического
ущерба
от
загрязнения
окружающей
среды
Э у,
непосредственного возвращения сырья (отходов) в производство Эн.в и снижения
затрат на добычу сырья Эр [53]:
Э= Эн.в.+ Эу+ Эр .
(5.1)
117
Предотвращенный экологический ущерб от выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу представляет собой «оценку в денежной форме возможных
отрицательных последствий от выбросов загрязняющих веществ, которых в
рассматриваемый период времени удалось избежать в результате деятельности
природоохранных
органов,
проведения
комплекса
воздухоохранных
мероприятий, реализации природоохранных программ» [120].
Укрупненная оценка величины предотвращенного ущерба от выбросов
загрязняющих веществ в атмосферный воздух может проводиться как для одного
крупного источника (группы оцениваемых источников), так и для всего региона в
целом. В этих случаях для определения величины предотвращенного ущерба
предлагается использовать следующую формулу [16]:
Ynpr  Yydrj  ( M1  M2 )  K  J d ,
(5.2)
где Yпрr - величина экономической оценки удельного ущерба от выбросов
загрязняющих веществ в атмосферный воздух (далее - показатель удельного
ущерба) для r -го экономического района РФ, руб . /уcл.т .
M1,M2 - приведенная масса выбросов загрязняющих веществ соответственно
на начало и конец расчетного периода в рассматриваемом регионе, уcл.т [16].
Kэ - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости
состояния атмосферного воздуха территорий экономических районов России [16].
Jд - индекс-дефлятор по отраслям промышленности, устанавливаемый
Минэкономикой
России
на
рассматриваемый
период
и
доводимый
Госкомэкологии России до территориальных природоохранных органов [16, 120]
(для 2013 года установлен 1,57).
Приведенная масса загрязняющих веществ рассчитывается по формуле
[53,16]:
М
а
л
N
  mi
i 1
a
a
Kn ,
(5.3)
118
где
m - масса выброса в атмосферной воздух i-гo загрязняющего вещества или
a
i
группы
веществ
с
одинаковым
коэффициентом
относительной
эколого-
экономической опасности, т/год [16];
K - коэффициент относительной эколого-экономической опасности i-го
a
n
загрязняющего вещества или группы веществ [16];
i - индекс загрязняющего вещества или группы загрязняющих веществ.
Согласно отчетам по охране окружающей среды Волгоградской области [33,
40] эмиссия углекислого газа от отходов составляет в среднем, 289 тыс.т в год.
Проведена оценка возможного предотвращенного экологического ущерба в
случае использования биогаза по формуле (5.2), т.е. оценка возможного ущерба, в
случае образования биогаза в теле полигонов (с описанными выше эмиссиями
углекислого газа) и его неиспользования в качестве топлива, путем откачки из
полигонов твердых бытовых отходов:
Ynpr  49,5  ( 289000 0,4 ) 1,57  8583300руб.
Таким образом, возможный предотвращенный экологический ущерб в
случае использования биогаза мог бы составить 8,6 млн. руб/год по ценам 2013
года.
5.3 Выводы по главе 5
1. На основании проведенных исследований разработана методика
количественной оценки экологической безопасности технических систем с учетом
допороговых показателей антропогенного воздействия. С помощью предлагаемой
методики можно проводить расчеты для существующих и проектируемых
производств или технологий с учетом дополнительных показателей, оценивать
экологическую эффективность каждого процесса и выбирать «наилучшую
доступную технологию».
2. Идеальность технологического процесса с точки зрения экономической
эффективности приближена к экономической эффективности безотходных
119
производств. Экономический эффект в этом случае образуется за счет
непосредственного
возвращения
сырья
(отходов)
в
производство,
предотвращения социально-экономического ущерба от загрязнения окружающей
среды и снижения затрат на добычу сырья.
3. При переходе с традиционных на альтернативные источники энергии
предотвращенный экологический ущерб в случае использования биогаза мог бы
составить 8,6 млн. руб/год по ценам 2013 года.
120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
диссертационной
работе
рассмотрены
вопросы
антропогенного
воздействия технических систем, формируемых объектами промышленного,
водохозяйственного, транспортного строительства и городского хозяйства. В
целях управления и функционирования экологически безопасных природнотехнических систем исследованы принципы создания новых технологий
экологической безопасности, в частности «наилучших доступных технологий»
(НДТ),
усовершенствованы
критерии
экологической
безопасности
при
строительстве и функционировании объектов городского хозяйства.
В работе дано решение актуальной задачи, относящейся к развитию
существующих и разработке современных методов оценки экологической
безопасности, в частности совершенствованию оценки экологической безопасности урбанизированных территорий с учетом допороговых показателей в
целях предотвращения или уменьшения антропогенного воздействия до допустимого уровня. На основании проведенных исследований можно сделать
следующие основные выводы по работе:
1. Анализ изменений в нормативных требованиях, а также разрозненность
существующих методов оценки экологической безопасности урбанизированных
территорий не позволяют в полной мере оценить пределы устойчивости
экосистемы до допустимого уровня, требуют совершенствования методов оценки
и поиска допороговых показателей антропогенного воздействия.
2. С учетом предлагаемого подхода экологической идеализации и в
развитии методов, предотвращающих или уменьшающих негативное влияние
хозяйственной деятельности на среду жизнедеятельности человека, предложен
дополнительный
критерий
экологической
безопасности
урбанизированных
территорий – «экологическая идеальность»; введен термин - «идеальный
экологический процесс».
121
3. На основе критерия экологической идеальности усовершенствованы
существующие методы оценки экологической безопасности городской среды.
Предложены и научно обоснованы дополнительные допороговые показатели
оценки технологических и техногенных процессов в стройиндустрии и других
отраслях промышленности: «относительное отклонение локального процесса от
идеального», «предел допустимой неидеальности (ПДН)», а также интегральные
показатели оценки качества городской среды.
4. Значимость и достаточность введенных допороговых показателей
подтверждается их использованием при сравнительной оценке различных
технологических процессов, определяя степень их приближения к «идеальному
экологическому процессу», а соответственно степень приближения к «наилучшей
доступной технологии» (НДТ) с наивысшим уровнем охраны окружающей среды.
Оценка экологической идеальности процесса может рассматриваться как
дополнительный
критерий
при
выборе
НДТ
при
строительстве
и
функционировании городских технических систем.
При оценке городского автотранспорта показано, что сжигание топлива в
дизельном двигателе можно считать НДТ (по оценке выбросов бенз(а)пирена).
Оценка экологической безопасности процессов измельчения известняка с
использованием
допороговых
показателей
«отклонение
от
экологической
идеальности» и «предела допустимой неидеальности» показала, что приближение
к идеальному экологическому процессу наблюдается при мокром измельчении,
что приближает данную технологию к НДТ.
С
использованием
введенного
интегрального
показателя
показана
возможность оптимизации состава топливной смеси с углеродом, имеющей при
горении наихудший показатель отклонения от экологической идеальности.
5. На основании
проведенных
исследований разработана методика
количественной оценки экологической безопасности технических систем с учетом
допороговых показателей антропогенного воздействия для использования в
экологических
системах
мониторинга
качества
городской
строительстве и эксплуатации объектов городского хозяйства.
среды
при
122
6.
Эколого-экономические аспекты идеального экологического процесса
показаны на примере перехода с традиционных на альтернативные источники
энергии. Так, возможный предотвращенный экологический ущерб в случае
использования биогаза мог бы составить 8,6 млн. руб/год по ценам 2013 года.
123
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Азаров, В. Н. Использование экологических нормативов качества
атмосферного
воздуха,
установленных
для
растительности,
в
системе
нормирования выбросов [Текст] / В. Н. Азаров, А. Ю. Недре, И. О. Шарыгина //
Альтернативная энергетика и экология. – 2013. – № 10. – С. 45-50.
2.
Акимова, Т. А. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда [Текст]
: учеб. для вузов / Т. А. Акимова, В. В. Хаскин. – 2-е изд., перераб., доп. – Москва
: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. – 566 с.
3.
Алексашина, В. В. Влияние промышленного транспорта на экологию
города [Текст] / В. В. Алексашина. – Москва : Пром. и гражд. стр-во. – 2007. – №
7. – С. 23-24.
4.
Альтернативные
технологии:
водород
–
топливо
XXI
века.
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.polarcom.ru/alternative.
5.
Асеева, Р. М. Горение полимерных материалов [Текст] / Р. М. Асеева,
Г. Е. Заиков. – Москва : Наука, 1981. – 280 с.
6.
Ахназарова, С. Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической
технологии [Текст] / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – Москва : Высш. шк., 1978.
– 319 с.
7.
Бажинов, Н. М. Термодинамика для химиков [Текст] : учеб. для вузов
по специальности «Химия» / Н. М . Бажинов, В. А. Иванченко, В. Н. Пармон. – 2е изд. перераб. и доп. – Москва : Химия, 2004. – 416 с.
8.
Бакаева, Н. В. Критерий экологической безопасности автотранспортной
инфраструктуры
городского
хозяйства
на
основе
биосфе-росовместимых
технологий [Текст] / Н. В. Бакаева, И. В. Шишкина // Строительство и
реконструкция. – 2013. – № 1 (45). – С. 37-46.
9. Белоусова, И. М. Естественная радиоактивность [Текст] / И. М.
Белоусова, Ю. М. Штуккенберг. – Москва : Медгиз, 1967. – 220 с.
124
10.
Бобович, Б. Б. Твердые бытовые отходы – возобновляемый источник
энергии [Электронный ресурс] / Б. Б. Бобович, М. Д. Рывкин // Возобновляемая
энергия : информ. бюл. – 2004. – Режим доступа: http://www.intersolar.ru//bulletin.
11. Булгаков, В. К. Моделирование горения полимерных материалов
[Текст] / В. К. Булгаков, В. И. Кодолов, А. М. Липанов. – Москва : Химия, 1990. –
240 с.
12. Великанов, А. Л. Реалии великой реки Волги [Электронный ресурс] / А.
Л. Великанов. – Режим доступа: http// www.o8ode.ru.
13. Величко, С. В. Методологические основы синтеза решений по
управлению экологическими конфликтами [Текст] : моногр. / С. В. Величко, Л. Е.
Мистров, Ю. С. Сербулов. – Воронеж : Науч. книга, 2008. – 387с.
14. Химия загрязняющих веществ и экология [Текст] : моногр. / В. Н.
Вернигорова [и др.]. – Москва : Изд-во «Палеотип», 2005. – 240 с.
15. Воробейчик, Е. Л. Экологическое нормирование токсических нагрузок
на наземные экосистемы [Текст] : автореф. дис. ... д-ра биол. наук : 03.00.16 /
Воробейчик Евгений Яковлевич. – Екатеринбург, 2004. - 48 с.
16. Временная методика определения предотвращенного экологического
ущерба" : утв. Госкомэкологией РФ 09.03.1999 [Электронный ресурс] //
Справочная
правовая
система
«КонсультантПлюс».
–
Режим
доступа:
http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc; base=EXP;n=278825.
17. Все о жидком топливе. Свойства и состав нефти [Электронный ресурс].
– Режим доступа: http://www.avtosphera.ru/poleznaja-informatsija/vse-o-zhidkomtoplive.
18. Гарин, В. М. Экология для технических вузов [Текст] / В. М. Гарин, И.
А. Кленова, В. И. Колесников ; под ред. В. М. Гарина. – Ростов-на-Дону : Феникс,
2003. – 384 с.
19. Проект «Учебник для вузов по ТРИЗ» [Электронный ресурс] / А. И.
Гасанов [и др.] // Творчество во имя достойной жизни. - Петрозаводск: МАТРИЗ,
2000. – Режим доступа: http://www.trizminsk.org/n/ma/352023.htm.
125
20.
воздухе
Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в
рабочей
зоны.
Гигиенические
нормативы
:
ГН
2.2.5.1313-03.
[Электронный ресурс] // Справочная правовая система «КонсультантПлюс». –
Режим доступа: ttp://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;n=159219.
21. Гидромеханические процессы [Электронный ресурс] // Химическая
энциклопедия. - Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ enc_chemistry.
22. Гидроэнергетики
эффективного
диалога
предлагают
экологам
[Электронный
новый
ресурс].
-
инструмент
Режим
для
доступа:
http://www.ecoindustry.ru/news/view/32373.html.
23. Гигиенические нормативы предельно допустимые концентрации (ПДК)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест : ГН 2.1.6.695-98.
[Электронный ресурс] // Правовая система «Гарант». – Режим доступа:
http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70539214.
24. Голованчиков, А. Б. Оценка экологических процессов горения топлива
[Текст] / А. Б. Голованчиков, Л. В. Курылева, В. Ф. Каблов // Поволжский
экологический вестник. – Волгоград : Волгогр. отд-ние Рос. экологич. акад.
(ВОРЭА). – 2005. – Вып. 11. – C. 12-21.
25. Голованчиков, А. Б. Применение ЭВМ в химической технологии и
экологии [Текст] : учеб. пособие. Ч. 4. Массообменные процессы / А. Б.
Голованчиков, Б. В. Симонов. – Волгоград, 1997. – 117 с.
26. Голованчиков, А. Б. Технологические и экологические аспекты
процесса адсорбции винилхлорида из абгазов [Текст] / А. Б. Голованчиков, Л. В.
Курылева, В. Ф. Каблов // Изв. Волгогр. гос. техн. ун-та. Сер.: Реология, процессы
и аппараты химической технологии. - Волгоград, 2013. – Вып. 6, № 1 (104). - C.
76-79.
27. Гонопольский, А. М. Обезвреживание твердых органических отходов
[Текст] : учеб. пособие / А. М. Гонопольский, В. Е. Мурашов ; Мин-во
образования и науки Рос. Федерации, Моск гос. ун-т инж. экологии. – Москва :
МГУИЭ, 2012. – 422 с.
126
28. Горение топлива [Электронный ресурс] // Химическая энциклопедия. –
2004. – Режим доступа: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/ 1128.html.
29. ГОСТ 12.1.003-83. Межгосударственный стандарт. Система стандартов
безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности [Текст]. – Москва :
Стандартинформ, 2007. – 11 с.
30. ГОСТ 17.4.3.06-86 (СТ СЭВ 5301-85). Охрана природы. Почвы. Общие
требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих
веществ [Текст]. - Москва : Стандартинформ, 2008. – 5 с.
31. ГОСТ Р 51206-2004. Содержание загрязняющих веществ в воздухе
пассажирского помещения и кабины нормы и методы испытаний [Текст]. –
Москва : Изд-во стандартов, 2005.
32.
ГОСТ Р 54097-2010. Ресурсосбережение. Наилучшие доступные
технологии. Методология идентификации [Текст]. Москва : Стандартинформ,
2011. – 12 с.
33. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды
Российской Федерации в 2010 году» [Электронный ресурс]. - Мин-во природных
ресурсов
и
экологии
Рос.
Федерации.
–
Режим
доступа:
http://www.mnr.gov.ru/regulatory/detail.php?ID=128153.
34. Гринин, А. С. Промышленные и бытовые отходы: хранение,
утилизация, переработка [Текст] / А. С. Гринин, В. Н. Новиков. – Москва : ФАИРПРЕСС, 2002. – 336 с.
35. Гурвич, В. И. Свалочный газ: перспективы добычи и утилизации
[Текст] / В. И. Гурвич, А. Б. Лифшиц // Твердые бытовые отходы. – 2006. – № 8. –
С. 49.
36. Гуреев, Н. Г. Физическая химия. Ч. 1. Основы химической
термодинамики. Курс лекций [Текст] : учеб. пособие./ Н. Г. Гуреев, Г. М. Бутов. Волгоград : ВолгГТУ, 2004. – 80 с.
37. Гутников, В. А. Воздействие ТЭС на экологическую безопасность
экосистем [Текст] / В. А. Гутников // Градостроительство. – 2014. - № 3 (31). - С.
80-86.
127
38.
Девясилов, В. А. Теория горения и взрыва : практикум [Текст] / В. А.
Девясилов, Т. Н. Дроздова, С. С. Тимофеева ; под общ. ред. В. А. Девясилова. –
Москва : ФОРУМ, 2012. – 352 с.
39. Директива Совета Европы 96/61/EC о комплексном контроле и
предотвращении загрязнений (IPPC) [Электронный ресурс] // Федеральный
правовой
портал
«Юридическая
Россия».
–
Режим
доступа:
http://law.edu.ru/norm/norm.asp?normID=1375085.
40. Доклад «О состоянии окружающей среды Волгоградской области в
2011 году» [Текст] / ред. кол. П. В. Вергун [и др.]. – Волгоград : Изд-во
«СМОТРИ», 2012. – 352 с.
41. Ефремова, Т. В. Исследование и оптимизация системы сбора биогаза на
полигонах твердых отходов в целях обеспечения экологической безопасности
[Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 03.00.16, 05.23.03 / Ефремова Татьяна
Васильевна. – Волгоград. 2004. – 148 с.
42. Жоров,
Ю.
М.
Термодинамика
химических
процессов.
Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа [Текст] :
справ. / Ю. М. Жоров. – Москва : Химия, 1985. – 464 с.
43. Зельдович,
Я.
Б.
Избранные
труды.
Химическая
физика
и
гидродинамика / Я. Б. Зельдович. – Москва : Наука, 1984. – 374 с.
44. Измельчение
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://www.eurolab.ru/ izmelchenie_materialov.
45. Ильенков, Э. В. Диалектика идеального [Электронный ресурс] / Э. В.
Ильенков // Академия Тринитаризма. – 2004. - № 77-6567. – Режим доступа:
http://www.trinitas.ru/rus/doc/0202/010a/02020041.htm.
46. Ильичѐв, В. А. Биосферная совместимость: Технологии внедрения
инноваций. Города, развивающие человека [Текст] / В. А. Ильичѐв. – Москва: Кн.
дом «ЛИБРОКОМ», 2011. – 240 с.
47. Ильичев,
В.
А.
Методика
прогнозирования
показателей
биосферосовместимости урбанизированных территорий [Текст] / В. А. Ильичев,
В. И. Колчунов, В. А. Гордон // Градостроительство. – 2010. – № 1. – С. 37.
128
48. Ильичев,
В.
А.
Принципы
преобразования
города
в
биосферосовместимый и развивающий человека [Текст] / В. А. Ильичев. – Москва
: Градостр-во. – 2009. – № 3 – С. 20-30.
49. Институт важнее броненосца: беседа с чл.-корр. РАН М. П. Фѐдоровым
[Текст] / М. П. Фѐдоров ; вѐл И. Имамутдинов // Эксперт. – 2011. – № 10. – С. 46–
52.
50.
Источники поступления газообразных углеводородов в окружающую
среду [Электронный ресурс]. // Сайт о промышленной экологии. – Режим доступа:
http://prom-ecologi.ru/?p=1106.
51. Каблов, В. Ф. Информационные технологии в разработке и в
производстве эластомерных материалов [Текст] : моногр. / В. Ф. Каблов, И. М.
Агаянц ; ВПИ (фил.) ВолгГТУ. - Волгоград, 2009. – 409 с.
52.
Каблов, В. Ф. Проекты и работы Волжского политехнического
института (филиал) ВолгГТУ по улучшению экологической ситуации в Волго –
Ахтубинской пойме [Текст] / В. Ф. Каблов // Материалы Межрегиональной
научно-практической конференции «Оздоровление экологической обстановки в
регионах Нижней Волги, восстановление и предотвращение деградации ее
природных комплексов – составная часть программы «Возрождение Волги» /
Обществ. палата Волгогр. обл. – Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. – 126 с.
53. Калыгин, В. Г. Промышленная экология: курс лекций [Текст] / В. Г.
Калыгин. – Москва : Изд-во МНЭПУ, 2000. – 240 с.
54.
Карякин, Н. В. Основы химической термодинамики [Текст] : учеб.
пособие для вузов / Н. В. Карякин. – Москва : Изд.центр «Академия», 2003.- 464 с.
55. Кафаров, В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии
[Текст] / В. В. Кафаров. – Москва : Химия, 1976. – 464 с.
56. Ковальчук, А. Г. Доклад об экологической обстановке в г. Ижевске в
2011 г. [Текст] / А. Г. Ковальчук, Т. Н. Ермакова, С. Г. Копылова. – Ижевск, 2012.
– 81 с.
57. Кодолов, В. И. Замедлители горения полимерных материалов [Текст] /
В. И. Кодолов. – Москва : Химия, 1980. – 274 с.
129
58. Колесников, В. А. Принципы создания экотехнологий [Текст] / В. А.
Колесников, А. Ю. Налетов. – Москва : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2008. – 452 с.
59. Кононов, Н. Прииск на свалке [Электронный ресурс] / Н. Кононов //
Эксперт. – 2004. - № 40. – Режим доступа: http://expert.ru/expert/2004/40/40exgarbage_28245.
60. Корольченко, А. Я. Процессы горения и взрыва [Текст] / А. Я.
Корольченко. – Москва : Пожнаука, 2007. – 266 с.
61.
Ксенофонтов, В. А. Использование и обезвреживание отходов [Текст] /
В. А. Ксенофонтов, Ю. Л. Беляева, Е. В. Москвичева // Деятельность по
обращению с опасными отходами : учеб. пособие / под общ. ред. В. Ф.
Желтобрюхова, Л. Я. Полянинова; С. Н. Недешевой ; авт.-сост. Ю. Л. Беляева. –
Москва : НИА-Природа, РЭФИА, 2003. - Т. 1. – С. 177-213.
62. Кудинов, В. А. Техническая термодинамика [Текст] : учеб. пособие для
втузов / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов. – 4-е изд., стер. – Москва : Высш. шк.,
2005. – 261 с.
63. Теория горения и взрыва [Текст] : учеб. пособие / П. П. Кукин [и др. ]. –
Москва : Изд-во Юрайт, 2012. – 435 с.
64.
Куклев, Ю. И. Физическая экология [Текст] : учеб. пособие / Ю. И.
Куклев. – Москва : Высш. шк., 2001. – 357 с.
65. Курылева, Л. В. Экономика и производство. Общее дело [Текст] / Л. В.
Курылева // Здоровье и экология. - 2003. – № 2-3. – С. 15-16.
66.
Курылева, Л. В. Организация обращения с твердыми бытовыми
отходами [Текст] / Л. В. Курылева // Деятельность по обращению с опасными
отходами : учеб. пособие / под общ. ред. В. Ф. Желтобрюхова, Л. Я. Полянинова и
С. Н. Недешевой ; авт.-сост. Ю. Л. Беляева. – Москва : НИА-Природа, РЭФИА,
2003. – Т. 1. – С. 150-172.
67. Курылева, Л. В. Оценка экологичности ГЭС с использованием
интегральных оценок [Текст] / Л. В. Курылева, А. Б. Голованчиков, В. Ф. Каблов
//
Оздоровление экологической обстановки
в регионах
Нижней
Волги,
восстановление и предотвращение деградации ее природных комплексов –
130
составная часть программы «Возрождение Волги» : материалы Межрегион. науч.практ. конф. - Волгоград, 2011. – 126 с.
68. Курылева, Л. В. Оценка экологичности режимов эксплуатации
различных типов ГЭС с использованием интегральных оценок [Текст] / Л. В.
Курылева, В. Ф. Каблов, А. Б. Голованчиков // Современные наукоѐмкие
технологии. – 2012. – № 5. – C. 35-39.
69. Курылева, Л. В. Роль обучения в системе обращения с отходами в
России [Электронный ресурс] / Л. В. Курылева, В. Ф. Каблов // ВэйстТэк-2003 :
матер. конгресса и каталог выставки, Москва, 3-6 июня 2003 г. / Мин-во
природных ресурсов Рос. Федерации, ГК РФ по строительству и жилищнокоммунальному комплексу, ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл". - Москва, 2003.
- 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); file:///D:/Congress/rus/index_rus.htm.
70. Лифшиц, А. Б. Современная практика управления твердыми бытовыми
отходами [Текст] / А. Б. Лифшиц // Чистый город. – 1999. – № 1 (5) – С. 2-12.
71. Луканин, В. Н. Промышленно-транспортная экология [Текст] : учеб.
для вузов / В. Н. Луканин, Ю. В. Трофименко. – Москва, 2003. – 273 с.
72. Малышенко, С. П. Сегодня и завтра водородной энергетики
[Электронный ресурс] / С. П. Малышенко Ф. Н. Пехота ; Ин-т высоких
температур РАН ; Минпромнауки РФ // Электронный журнал энергосервисной
компании «Экологические системы». – № 5. – 2003.
73. Маминов, О. В. Гидромеханические и теплообменные процессы и
аппараты химической технологии [Текст] : учеб. пособие / О. В. Маминов, А. И.
Разинов, Г. С. Дьяконов. – Казань : Изд-во КГТУ, 2007. – 212 с.
74. Маслеева, О. В. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха при
применении теплоутилизаторов [Текст] / О. В. Маслеева, В. А. Иняев, Г. В.
Пачугин // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 12. – С. 128-129.
75. Масликов, В. И. Биогаз – перспективный источник энергии [Текст] / В.
И. Масликов // Твердые бытовые отходы. – 2006. - № 8. – С. 12.
76. Математическая теория горения и взрыва / Я. Б. Зельдович [и др.]. –
Москва : Наука, 1980. – 484 с.
131
77. МДС 13-8.2000 Концепция обращения с твердыми бытовыми отходами
в Российской Федерации : утв. постановлением коллегии Госстроя России от 22
дек. 1999г. № 17 [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовой и научнотехнической
документации.
Режим
доступа:
http://docs.cntd.ru/document/
1200005351.
78. Медоуз, Д. Х. Пределы роста: 30 лет спустя [Текст] / Д. Х. Медоуз, Й.
Рандерс, Д. Л. Медоуз ; пер. с англ. Е. Л. Оганесян ; под ред. Н. П. Тарасовой. –
Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 358 с.
79.
Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в
атмосферу от мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводов [Текст] /
Отдел научно-технической информации АКХ. – Москва : ОНТИ АКХ им. К. Д.
Памфилова, 1983. - 40 с.
80.
Методические указания по составлению правил использования водных
ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций [Электронный ресурс] : утв.
Мин-вом топлива и энергетики Рос. Федерации 28.12.1999 ; введ. с 1 янв. 2000 г. //
Электронный
фонд
правовой
и
нормативно-технической
документации
«Техноэксперт». - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200076996.
81. Механические
процессы
[Электронный
ресурс]
//
Химическая
энциклопедия. – Режим доступа: http://www.edudic.ru/hie/3192.
82. Милош, В. В. Диоксины и их потенциальная опасность в экосистеме
«человек - окружающая среда» [Электронный ресурс] / В. В. Милош. –
Молодечно
:
Центр
внешкольной
работы,
2002.
-
Режим
доступа:
http://crowngold.narod.ru/articles/dioxini.htm.
83. Минаев, Е. В. Проблемы охраны окружающей среды в топливноэнергетическом комплексе (ТЭК) в новых экономических условиях [Текст] / Е. В.
Минаев // Теплоэнергетика. – 1995. – № 9. – С. 16-19.
84. Миронов, А. Б. Проблема хранения твердых бытовых отходов [Текст] /
А. Б. Миронов, Н. И. Мелехова, Н. И. Воложин // Экология и промышленность. –
2002. - № 1. – С. 23-26.
132
85. Михалева, З. А., Методы и оборудования для переработки сыпучих
материалов и твердых отходов [Текст] : учеб. пособие / З. А. Михалева, А. А.
Коптев, В. П. Таров. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. – 64 с.
86. Мишланова, М. Ю. Интегральный эффект внедрения альтернативного
энергоносителя – биогаза [Электронный ресурс] / М. Ю. Мишланова. – Режим
доступа: http://msuee.ru/science/ht/ 10/2004/04_3/3.4.doc.
87. Моделирование процесса адсорбции бензопирена из дымовых газов
[Текст] / А. Б. Голованчиков, В. Ф. Каблов, Л. В. Курылева, Н. А. Дулькина //
Экологические системы и приборы. – 2014. - № 7. – С. 39-46.
88. Моделирование процессов адсорбции и электроадсорбции [Текст] / А.
Б. Голованчиков [и др.] // Изв. Волгогр. гос. техн. ун-та. Сер.: Актуальные
проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических
системах. – 2011. - Вып. 11, № 9 (82). - С. 14-18.
89. Моисеев, Н. И. Экология человечества глазами математика: (Человек,
природа и будущее цивилизации) [Текст] / Н. И. Моисеев. – Москва : Мол.
гвардия, 1988. – 254 с.
90. Нефедьев, Н. Б. Загрязнение атмосферы в результате эмиссии
«парниковых» газов из отходов [Электронный ресурс] / Н. Б. Нефедьев, В. А.
Сапожникова // ВэйстТэк-2003 : материалы конгресса и каталог выставки,
Москва, 3-6 июня 2003 г. / Мин-во природных ресурсов РФ, ГК РФ по
строительству и жилищно-коммунальному комплексу, ЗАО "Фирма СИБИКО
Интернэшнл". – Москва, 2003. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
91. Никаноров, А. М. Экология [Текст] / А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая.
– Москва : Изд-во «ПРИОР», 1999. – 304 с.
92. Нормы
радиационной
безопасности.
(НРБ-99/2009).
Санитарные
правила и нормативы. – Москва : Федер. служба по надзору в сфере прав защиты
потребителей и благополучия человека, 2008. – 89 с.
93. Об
идеальных
и
реальных
экологических
процессах
и
их
количественной оценке [Текст] / А. Б. Голованчиков [и др.] // Проблемы
окружающей среды и природных ресурсов. – 2004. – Вып. 8. – C. 6-10.
133
94. Основы современной энергетики [Текст] : учеб. для вузов в 2 т. / под
общ. ред. чл.-кор. РАН Е. В. Аметистова. – Москва : Изд. дом МЭИ, 2008. Т. 1.
Современная теплоэнергетика / под ред. А. Д. Трухния. - 4-е изд., перераб. и доп.
– 472 с.
95. Отчет Всемирного фонда дикой природы «Живая планета – 2008»
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: wwf.ru›data/ reports/lpr_2008_web.pdf.
96. Оценка процесса адсорбции паров диоксина из вентиляционных
выбросов [Текст] / Л. В. Курылева [и др.] // Изв. Волгогр. гос. техн. ун-та. Сер.:
Реология, процессы и аппараты химической технологии. - 2014. - Вып. 7, № 1
(128). - C. 103-109.
97. Оценка экологической безопасности урбанизированных территорий с
учетом допороговых показателей [Текст] / Л. В. Курылева [и др.] // Социология
города. – 2014. – № 4. – С. 3-10.
98. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов
химической технологии [Текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. изд. 8-е, пер. и доп. – Ленинград : Химия, 1976. – 552 с.
99. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов
химической технологии [Текст] : учеб. пособие для вузов / К. Ф. Павлов, Н. Г.
Романов, А. А. Носков ; под ред. П. Г. Романкова. – 12-е изд., стереотип. – СанктПетербург : ОООТИД «Альянс», 2005. – 576 с.
100. Пат. 2288780 Рос. Федерация, МПК В 02 С 19/22. Устройство для
измельчения материалов [Текст] / А. Б. Голованчиков, Д. В. Янбиков, Л. В.
Курылева, В. Н. Исраельян, В.А. Лукасик; ВолгГТУ. – № 2005109630/03 ; заявл.
04.04.2005 ; опубл. 10.12.2006, Бюл. № 34.
101. Пат. 2292242 Рос. Федерация, МПК В 02 С 19/22. Устройство для
измельчения материалов [Текст] / А. Б. Голованчиков, Л. В. Курылева, А. А.
Липатов, С.В. Смирнова, А. В. Брусаков, М. Н. Каримова; ВолгГТУ. – №
2005116503/03 ; заявл. 30.05.2005 ; опубл. 27.01.2007, Бюл. № 3.
102. Пат. 2310511 РФ, МПК В 02 С 19/22. Устройство для измельчения
материалов [Текст] / А. Б. Голованчиков, С. В. Смирнова, А. В. Брусаков, Л. В.
134
Курылева, С. А. Иглов; ВолгГТУ. – № 2006118748/03, заявл. 30.05.2006 ; опубл.
20.11.2007, Бюл. № 32.
103. Плановский,
А.
Н.
Процессы
и
аппараты
химической
и
нефтехимической технологии [Текст] / А. Н. Плановский, П. И. Николаев. –
Москва : Химия, 1972. – 493 с.
104. Пожароопасные свойства материалов и веществ [Электронный ресурс]
/
Глобальная
библиотека
научных
ресурсов.
–
Режим
доступа:
с
эндотермическими
http://globalteka.ru/books/doc_details/5148-----.html.
105. Полимерные
композиционные
материалы
системами для огнетеплозащитных материалов [Текст] / В. Ф. Каблов [и др.] //
Первая Всероссийская конференция по полимерным материалам пониженной
горючести : тез. докл. - Волгоград, 1995. – C. 76-77.
106. Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города [Текст] : учеб.
пособие / под общ. ред. В. Н. Бабаева, И. В. Коринько, Л. Н. Шутенко. – Харьков :
ХНАГХ, 2004. – 375 с.
107. Понятие идеальности в технических объектах и предел допустимой
неидеальности в экологических процессах [Текст] / Л. В. Курылева [и др.] //
Взаимодействие предприятий и вузов – наука, кадры, новые технологии :
материалы X межрегион. научн.-практ. конф., 29 апр. 2014 г. - Волжский, 2014. –
С. 180-183.
108. Портал по энергосбережению [Электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.energosovet.ru/news/ «ЭнергоСовет».
109. НП-001-97 (ПНАЭ Г-01-011-97) Общие положения обеспечения
безопасности атомных станций ОПБ-88/97 [Электронный ресурс]. - Режим
доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200048646.
110. Построение модели для определения концентрации бензопирена при
сжигании
углеводородного
топлива
в
котельных
установках
систем
теплоснабжения [Текст] / М. С. Иваницкий [и др.]. – Вестн. Волгогр. архит.строит. ун-та. Сер.: Строительство и архитектура. – 2012. – № 28 (47). – С. 143150.
135
111. Предельно допустимая концентрация [Электронный ресурс] // Сайт
Экология
человека.
«Академик».
–
Режим
доступа:
http://human_ecology.academic.ru/1668.
112. Приказ Министерства природных ресурсов РФ № 663 от 30.07.2003 «О
внесении дополнений в федеральный классификационный каталог отходов,
утверждѐнный приказом МПР России от 02.12.2002, № 786 "Об утверждении
федерального классификационного каталога отходов" // Российская газета. - №1
66. - 22.08.2003.
113. Приказ МПР РФ №511 от 15.06.2001 г. «Об утверждении Критериев
отнесения
опасных
отходов
к
классу
опасности
для
окружающей природной среды» [Электронный ресурс] // Информационноправовой портал «Гарант». – Режим доступа: http://base.garant.ru/2158155.
114. Производственно-технический отчет Филиала ОАО «РусГидро» «Волжская ГЭС» за 2011 год [Электронный ресурс] // Сайт Филиала ОАО
«РусГидро»
«Волжская
-
ГЭС».
-
Режим
доступа:
http://www.volges.rushydro.ru/branch/production.
115. Промышленное
загрязнение
среды.
Техногенное
воздействие
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.necso.ru.
116. Рахуба, А. В. Пространственно-временная изменчивость качества вод
Саратовского
водохранилища
в
условиях
неустановившегося
гидродинамического режима [Текст] : дис. ... канд. тех. наук : 25.00.36 / Рахуба
Александр Владимирович. - Екатеринбург, 2007. – 188 с.
117. Рейнер, М. Реология [Текст] / М. Рейнер ; пер. с англ. – Москва : Наука,
1965. – 224 с.
118. Россошанская, О. В. Основы оптимизации эколого-сберегающего
перевода теплогенерерирующих установок на альтернативные топлива [Текст] :
дис. … канд. техн. наук : 03.00.16, 05.23.03 / Россошанская Оксана Викторовна. Волгоград, 2004. – 174 c.
136
119. Рузинов, Л. П. Планирование эксперимента в химии и химической
технологии [Текст] / Л. П. Рузинов., Р. И. Слободчикова. – Москва : Химия, 1980.
– 280 с. - (Химическая кибернетика).
120. Садовникова, Н. П. Методологические основы поддержки принятия
решений
в
задачах
обеспечения
экологической
безопасности
развития
урбанизированных территорий [Текст] : автореф. дис. … д-ра тех. наук : 05.23.19 /
Садовникова Наталья Петровна. – Волгоград, 2013. – 32 с.
121. Сайт Филиала ОАО «РусГидро» - «Волжская ГЭС» [Электронный
ресурс]
//
Гидроэлектростанция.
Общие
сведения.
-
Режим
доступа:
http://www.volges.rushydro.ru/branch/production.
122. Санитарные нормы [СН 2.2.4/2.1.8.562-96]. Шум на рабочих местах, в
помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки"
[Текст] : утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. №
36.
123. СанПиН
2.1.4.559-96
[СанПиН
2.1.4.559-96].
Питьевая
вода.
Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого
водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы [Текст] : утв.
Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 24.10.1996 № 26.
124. Сигнеев, С. А. Экология [Текст] : практикум / С. А. Сигнеев, Е. Н.
Никитина. – Самара : Самарский гос. техн. ун-т, 2009. – 40 с.
125. Сидоренко, В. Ф. Комплексная экологическая оценка жилой застройки
как фактор оптимизации среды жизнедеятельности [Текст] / В. Ф. Сидоренко //
Экология урбанизированных территорий. – 2006. – № 1. – С. 42-49.
126. Слесарев,
М.
Ю.
Управление
экологической
безопасностью
строительства. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую
среду [Текст] / М. Ю. Слесарев, В. И. Теличенко. - Москва : Изд-во Ассоциации
строит. вузов, 2005. — 383 с.
127. Стадницкий, Г. В., Экология [Текст] : учеб. пособие для вузов / Г. В.
Стадницкий, А. И. Родионов. – 3-е изд. перераб. – Санкт-Петербург : Химия, 1997.
– 240 с.
137
128. Суменков, К. Ф. Оценка эффективности антипиренов при создании
огнестойких композиций на основе ПММА [Текст] / К. Ф. Суменков, И. Н.
Разинская, Б. П. Штаркман. – Москва : Изд-во «Химия. Пластические массы». –
1990.
129. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка
[Электронный ресурс] / А. А. Дрейер [и др.] // Союз российских городов. Секция
"Экология города" – Москва : Электронная библиотека. – 1997. – Режим доступа:
http: //waste.ru.
130. Тенденции
федерации
на
и динамика загрязнения природной среды Российской
рубеже
XX-XXI
веков
[Текст]
/
Федер.
служба
по
гидрометеорологии и мониторингу окруж. среды, Росгидромет ; под ред. акад.
РАН Ю. А. Израэля. – Москва : Росгидромет. - 2007. – 65 с.
131. Техническая политика ОАО «РусГидро» [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://www.rushydro.ru/sustainable_development/safety/ tech_policy.
132. Технологии производства. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://proiz-teh.ru/index.html.
133. Тимонин, А. С. Инженерно-экологический справочник [Текст]. В 3 т.
Т. 1. / А. С. Тимонин. – Калуга : Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. – 917 с.
134. Фактор четыре. Затрат половина, отдача двойная. Новый доклад
Римскому клубу [Текст] / Э. Ловинс [и др.]. - Изд. 2-е. - 2000. – 389 с.
135. Федеральный закон. Об охране окружающей среды [Текст] : от 10
янв.2002 года №7-ФЗ : принят Гос. Думой 20 дек. 2001 г. : одобр. Советом
Федерации 26 дек. 2001 г.
136. Физико-химические процессы механизмов образования бензопирена
при сжигании углеводородного топлива [Текст] / М. С. Иваницкий [и др.] // Вест.
Волгогр. архит.-строит. ун-та Сер.: Стр-во и архитектура. - 2012. – № 27 (46). – С.
28-33.
137. Филатов, Л. Г. Процессы и аппараты природозащитных технологий
[Электронный ресурс] / Л. Г. Филатов, А. М. Царенко. – Режим доступа:
http://www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/vodaba/2009_36/index.files/ St68_36.htm.
138
138. Хоружая, Т. А. Оценка экологической опасности [Текст] / Т. А.
Хоружая. – Москва : Книга сервис, 2002. – 208 с.
139. Шефтель, В. О. Полимерные материалы. Токсические свойства [Текст]
: справ. / В. О. Шефтель. – Ленинград : Химия, 1982. – 239 с.
140. Шлѐнский, О. Ф. Режимы горения материалов [Текст] / О. Ф.
Шлѐнский, В. С. Сиренко, Е. А. Егорова. – Москва : Машиностроение, 2011. –
220 с.
141. Шмаль, А. Г. Факторы экологической опасности & экологические
риски [Текст] / А. Г. Шмаль. - Бронницы : Изд-во МП «ИКЦ БНТВ», 2010. - 192 с.
142. Щербина, Е. В. Экологическая безопасность мест размещения отходов
с позиций устойчивости геотехнических систем [Текст] / Е. В. Щербина //
Современные
методы
проектирования,
технической
эксплуатации
и
реконструкции зданий и сооружений : сб. тр. МГСУ. – Москва : 2005. – С. 109112.
143. Щукина, А. Я. Система обращения с отходами в условиях рыночной
экономики [Текст] / А. Я. Щукина, А. А. Чуприн // Промышленные и бытовые
отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля : сб. материалов
VIII Междунар. науч.-практ. конф. (25-26 февр. 2004 г.). - Пенза, 2004. - С. 111114.
144. Экология энергетики [Текст] : учеб. пособие / под общ. ред. В. Я.
Путилова. – Москва : Изд-во МЭИ, 2003. – 716 с.
145. Эколого-экономические аспекты конверсии: от индустрии военной к
индустрии экологической [Текст] / А. Б. Голованчиков [и др.] // Экономика
природопользования. – 2004. - Вып. 4. – C. 33-36.
146. Борьба с шумом на производстве [Текст] : справ. / Е. Я. Юдин. [и др.] ;
под общ.ред. Е. Я. Юдина. – Москва : Машиностроение, 1985. – 400 с.
147. Яворский, Б. М. Справочник по физике [Текст] : для инженеров и
студентов вузов / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – Москва : Гос. изд-во физ.-мат.
лит., 1963. – 847 с.
139
148. Gendidien, A. The Global Concept of Landfill Gas Exploitation [Text] / A.
Gendidien // Brussels: ECSC-EEC-EAEC, 1992. – P. 29.
149. Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engines: Key Research
and Development Issues [Text] / Fuquan Zhao [et al.] // Society of Automotive
Engineers, March 2003.
150. Huttrer, G. W. The ststus of world geothermal power generation 1995-2000
[Text] / G. W. Huttrer // Proceedings of the World Geothermal Congress 2000/ KyushuTohoku, Japan, May 28 – June 10, 2000.
151. Hyper Chem for Windows AC Release 8.0 [Text] / HuperCube Inc.-2007,
S/n 12 – 800 – 15017000060.
152. Linteris, G. T. Prediction of the gasification rate of thermoplastic polymers
in fire-like environments [Text] / Linteris, G. T.; Lyon, R. E.; Stoliarov, S. I. // Fire
Safety Journal, Aug 1, 2013. – 11 p.
153. Rolf, D. Reitz. Directions in internal combustion engine research [Text] / D.
Rolf // Combustion and Flame, January 2013. – 2 p.
154. Steven, I. Fossil Fuel Emissions [Text] / I. Steven // Encyclopedia of Global
Warming. - Dutch, University of Wisconsin, 2009.
155. Tracking the ecological overshoot of the human economy [Text] / M.
Wackernagel [et al.] // Proceedings of the Academy of Science. - 1999. - № 14. - C.
9266-9271. Washington, DC, 2002.
156. Wind in Europe. Developments in the policy frameworks for wind energy
[Text] // Renewable Energy World. - 2001. - Vol. 4, N 4. - P. 89-101.
157. World Wide Fund for Nature [Text]. Living Planet Report 2002 (Gland,
Switzeland: WWF, 2002).
140
ПРИЛОЖЕНИЯ
141
Приложение А
Условные обозначения:
V
-
коэффициент вариации;
τ
-
время, час;
Т
-
температура, К;
А
-
работа, кДж;
Q
-
теплота кДж/моль;
q
-
расход, м3/час;
t
-
температура, С0;
d
-
частные функции желательности;
D
-
функция желательности Харрингтона;
Au
-
относительное отклонение локального процесса от идеального;
K
-
значение материального или энергетического параметра
(концентрация, температура).
Индексы и сокращения:
max
-
максимальный;
р
-
на выходе;
u
-
в природной среде;
ф
-
фоновый;
з
-
соответствующий равномерному распределению в литосфере
(атмосфере, гидросфере);
инт
-
интегральный;
н
-
начальный;
к
-
конечный;
ПДК
-
предельно допустимая концентрация;
м.р.
-
максимально разовая;
с.с.
-
среднесуточная;
ПДН
-
предельно допустимая неидеальность;
НДТ
-
наилучшая доступная технология.
142
Приложение Б
Исходные и расчетные параметры для процесса адсорбции паров
винилхлорида, диоксина и бенз(а)пирена
Таблица Б.1 - Исходные и расчетные параметры для процесса адсорбции паров
винилхлорида в адсорбционной колонне периодического и
непрерывного действия
№
Наименование параметра
1
2
Исходные данные
1
Производительность по вентиляционным выбросам
2
Начальная концентрация паров ВХ
3
Давление в адсорбере
4
Конечная концентрация (ПДКр.з.)
5
Рабочая температура в адсорбере
6
Высота неподвижного слоя адсорбента
Справочные данные
1
Рабочая температура стандартного вещества
бензола
2
Эквивалентный диаметр зерен адсорбера
3
Насыпная плотность
4
5
6
7
8
9
10
Молекулярная масса стандартного вещества бензола
Молекулярная масса воздуха
Молекулярная масса паров винилхлорида
Плотность жидкого стандартного вещества-бензола
Плотность жидкого винилхлорида
Давление насыщенных паров стандартного
вещества бензола
Давление насыщенных паров винилхлорида
Коэффициент диффузии извлекаемого компонента в
воздухе при нормальных условиях
12 Кинематическая вязкость воздуха при рабочих
температуре и давлении
13
Число точек в массивах давлений и концентрации
для равновесных линий стандартного вещества и
винилхлорида
15 Массив парциальных давлений паров стандартного
вещества бензола в воздухе
16 Массив относительных концентраций извлекаемого
компонента
17 Массив значений коэффициента в формуле для
расчетавремени адсорбции
Расчетные параметры
1
Относительная концентрация извлекаемого
компонента на выходе из адсорбера
11
Размер
ность
Обозна
чение
Вели
чина
3
4
5
м3/час
кг/м3
атм
кг/м3
о
С
м
qv
С0
ра
Ск
t
Н
2000
0,018
5
3·10-5
-15
0,7
С
tб
20
м
кг/м3
dэ
0,004
500
Mб
Mв
М
78
29
62,5
879
о
кг/кмоль
кг/кмоль
кг/кмоль
кг/м3
н
кг/м
ммрт.ст.
б

бн
ммрт.ст.
н
750
2
м /с
До
8,2·10-6
м2/с

-
n
16
мм.рт.ст.
1
-//-
-
ск/со
-//-
-
в
-//-
-
со
3
836
75
1,53·10-5
1,67·10-3
143
Продолжение таблицы Б.1.
1
2
3
2
Значение коэффициента в формуле для расчета
времени адсорбции
Мольный объем стандартного вещества-бензола
4
Мольный объем паров винилхлорида
5
6
Коэффициент афинности
Плотность воздуха при рабочих параметрах
адсорбции
Рабочая фиктивная скорость воздуха в адсорбере
Парциальное давление паров в воздухе ВХ,
соответствующее его начальной концентрации
Равновесная концентрация адсорбируемого
вещества-ВХ в адсорбенте, соответствующая его
начальной концентрации в воздухе
Коэффициент диффузии паров ВХ в воздухе при
рабочих параметрах в адсорбере
Объемный коэффициент массоотдачи в воздухе
Безразмерный симплекс подобия
7
8
9
10
11
12
3
-
4
во
5
1,947
м3/кмол
ь
3
м /кмол
ь
кг/м3
б
0,0819

0,0747
β
г
0,913
6,63
м/с
ммрт.ст.

о
0,167
4,63
кг/кг
м2/с
с-1
час
14
Время защитного действия в адсорбере
периодического действия с неподвижным слоем
адсорбера
Диаметр адсорбера
15
Масса адсорбента в слое
кг
16
Степень очистки воздуха от паров ВХ
-
17
Средняя концентрация ВХ в гранулах адсорбента
перед десорбцией
Конечная концентрация извлекаемого компонента –
ВХ в адсорбере непрерывного действия с
движущимся слоем адсорбента
Число единиц переноса
13
18
19
21
Скорость движения гранул адсобента сверху вниз
навстречу воздуху
Высота движущегося слоя гранул адсорбента
22
Расход гранул адсорбента
23
24
Время пребывания гранул адсорбента в адсорбере
Масса уловленных паров в неподвижном слое
адсорбента перед регенерацией адсорбента
Степень использования динамической емкости
адсорбента в неподвижном слое
Удельная производительность адсорбента по
очищаемому воздуху в неподвижном слое адсорбента
Тоже для адсорбера непрерывного действия
20
25
26
27
м
кг/кг
кг/кг
м/с
м
*
ао
Др
βу
Gr
τ
0,15
1,56·10-6
3,14
4176,4
1,05
Да
2,06
Сту
1166,3
χ
0,9983
ау
0,0323
ак
0,1278
ЧЕП
5,53
υ
Ну
4*10-5
0,3
м3/час
кг/час
час
кг
τу
Мn
0,48
240
2,04
37,7
-
η
0,215
м3/кг
м3/кг
qy
qn
qn
1,8
8,33
144
Таблица Б.2 - Исходные и расчетные параметры для процесса адсорбции
паров диоксина из вентиляционных выбросов
№
Наименование параметра
1
Исходные данные
2
Производительность
по
очищаемому воздуху
Начальная
концентрация
2
диоксина
Конечная
концентрация
3
диоксина
Справочные данные
1
Рабочая температура
2
Высота слоя адсорбента
Эквивалентный диаметр гранул
3
адсорбента
Насыпная
плотность
4
адсорбента
Молекулярная масса воздуха
5
Молекулярная
масса
6
извлекаемого компонента диоксина
Молекулярная
масса
7
стандартного вещества бензола
Плотность конденсата бензола
8
при 20°С
Плотность конденсата диоксина
9
при 20°С
Давление насыщенных паров
10
бензола при 20°С
Давление насыщенных паров
11
диоксина при 20°С
Коэффициент
молекулярной
12 диффузии диоксина при 0°С и 1
атмосфере
Расчетные параметры
Диаметр стандартного аппарата
1
- адсорбера
2
Средняя скорость воздуха
Внешний
коэффициент
3
массоотдачи
Коэффициент
молекулярной
4
диффузии при 20°С и рабочем
давлении в адсорбере
Плотность воздуха при рабочем
5
давлении и температуре в
адсорбере
1
Размерность Обозначение
3
Величина
4
5
qv
2000
кг/ м3
С0
1∙10-9
кг/ м3
Сk
2∙10-13
°С
м
м
t
H
20
0,5
dэ
0,004
кг/ м3
н
500
кг/ кмоль
кг/ кмоль
Мв
29
Мд
322
кг/ кмоль
Мб
78
кг/ м3
б
879
кг/ м3
д
1200
Pб*
75
Pд*
2,86
Д0
4,01∙10-6
м
Да
1,4
м/с
υ
0,361
м3/см2
у
7,59
м2/с
Др
4,46∙10-6
кг/м3

1,206
м3/час
мм.рт.ст.
мм.рт.ст.
м2/с
145
Продолжение таблицы Б.2
№
1
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Наименование параметра
2
Давление
паров
диоксина,
соответствующее его начальной
концентрации в воздухе
Равновесная
концентрация
диоксина, соответствующая его
начальной концентрации в
воздухе
Тангенс
угла
наклона
равновесной линии
Масса адсорбента в адсорбере
периодического действия
Рабочее время цикла (до
проскока
фоновой
концентрации диоксина на
выходе из адсорбера)
Число
единиц
переноса
непрерывного действия
Конечная
концентрация
диоксина в адсорбенте
Скорость
движения
слоя
адсорбента
в
адсорбере
непрерывного действия
Высота
движущего
слоя
адсорбента
Расход адсорбента в адсорбере
непрерывного действия
Время
движения
гранул
адсорбента
Объем воздуха, очищаемый 1 кг
адсорбента
в
адсорбере
периодического действия
Объем воздуха, очищаемый 1 кг
адсорбента
в
адсорбере
непрерывного действия
Размерность
3
Обозначение
4
Величина
5
мм.рт.ст.
P0
1,13∙10-2
кг/кг
a *н
0,266
кг/м3
gr
6,64∙105
кг
CТу
538,5
час
д
81,96
ЧЕП
6,58
кг/кг
aк
0,26
м/с
u
5,4∙10-7
м
Ну
0,313
кг/час
qy
1,54
с/час
y
5,76  10 5
160
кг/м3
Vп
304,4
м3/кг
Vн
1298,7
146
Таблица Б.3 - Исходные и расчетные параметры адсорберов периодического и
непрерывного действия для улавливания паров бенз(а)пирена из
дымовых газов
№
п\п
Наименование параметра
Исходные параметры
Производительность по дымовым газам
1.
Размер
ность
Обозна
чение
Величи
на
м3/час
qv
1000
кг/кг
с0
3,8 ·10-9
кг/кг
ск
10-10
кг/кг
сф
3,9 ·10-12
ат
pa
1,033
5.
Начальная концентрация бенз(а)пирена в
дымовых газах
Конечная концентрация бенз(а)пирена в дымовых
газах – ПДК
Фоновая концентрация бенз(а)пирена в дымовых
газах
Давление в адсорбере
6.
Температура в адсорбере дымовых газов
0
С
t
310
7.
Высота неподвижного слоя адсорбента АГ-5
м
H
0,5
1.
Справочные данные
Молекулярная масса бенз(а)пирена
кг/кмоль
М
252,3
2.
Средняя молекулярная масса дымовых газов
-//-
Mд
31,2
3.
м2/с
D0
4,06·10-6
Пас
μ
3·10-5
5.
Коэффициент диффузии бенз(а)пирена при 00С в
дымовых газах
Вязкость дымовых газов при рабочей
температуре
Насыпная плотность адсорбента
кг/м3
ρн
500
6.
Эквивалентный диаметр гранул адсорбента
м
dз
0,004
7.
мм рт.ст.
p*н
10
кг/м3
ρб
879
кг/м3
ρс
714,0
10.
Давление насыщенных паров бенз(а)пирена при
рабочей температуре
Плотность конденсата бенз(а)пирена при рабочей
температуре
Плотность конденсата бензола при рабочей
температуре
Давление насыщенных паров бензола при 200С
мм.рт.ст.
p*c
75
11.
Молекулярная масса бензола
кг/кмоль
Мс
78
1.
Диаметр колонны
м
Dа
0,8
2.
Скорость дымовых газов
м/с
ϑ
0,552
2.
3.
4.
4.
8.
9.
Расчетные параметры
147
Продолжение таблицы Б.3
1
2
3
4
5
3.
Коэффициент диффузии молекул бенз(а)пирена в
дымовых газах при рабочей температуре и
давлении
Параметры уравнения Ленгмюра
м2/с
Dр
1,27·10-5
кг/кг
м3/кг
час
А
b
τк
0,214
46488
462,8
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Время рабочего цикла в колонне периодического
действия до концентрации на выходе, равной
ПДК
Время рабочего цикла в колонне периодического
час
τф
действия до концентрации на выходе, равной
фоновой концентрации
Объемный коэффициент массоотдачи (внешний)
м3/ м3с
βс
(колонны непрерывного действия)
Число единиц переноса при конечной
ЧЕПк
концентрации, равной ПДК
Число единиц переноса при конечной фоновой
ЧЕПф
концентрации
Скорость движения гранул адсорбента навстречу
м/с
ϑк
дымовым газам (сверху вниз) при конечной
концентрации, равной ПДК
Скорость движения гранул адсорбента навстречу
м/с
ϑф
дымовым газам (сверху вниз) при конечной
фоновой концентрации
Высота движущегося слоя адсорбента при
м
Hк
конечной концентрации, равной ПДК
Высота движущегося слоя адсорбента при
м
Hф
конечной фоновой концентрации
Время нахождения гранул адсорбента в колонне
час
τк
при конечной концентрации, равной ПДК
Время нахождения гранул адсорбента в колонне
час
τф
при конечной фоновой концентрации
Расход адсорбента при конечной концентрации,
кг/час
qk
равной ПДК
Расход адсорбента при конечной фоновой
кг/час
qф
концентрации
Сравнение колонн непрерывного и периодического действия
Удельный объем дымовых газов, очищаемых
м3/кг
Vk
одним кг адсорбента в колонне непрерывного
действия при конечной концентрации, равной
ПДК
Удельный объем дымовых газов, очищаемых
м3/кг
Vф
одним кг адсорбента в колонне непрерывного
действия при конечной фоновой концентрации
Удельный объем дымовых газов, очищаемых
м3/кг
Vпк
одним кг адсорбента в колонне периодического
действия при конечной концентрации, равной
ПДК
141,1
9,723
3,38
4,24
1,11·10-7
1,11·10-7
0,192
0,24
478
600
0,119
0,119
8404
8400
3685
148
Продолжение таблицы Б.3
2
3
4
5
3
Удельный объем дымовых газов, очищаемых
м /кг
Vпф
1123,4
одним кг адсорбента в колонне непрерывного
действия при конечной фоновой концентрации
ηк
0,85
22. Степень использования динамической емкости
адсорбента в колонне непрерывного действия при
конечной концентрации, равной ПДК
ηф
0,85
23. Степень использования динамической емкости
адсорбента в колонне непрерывного действия при
конечной фоновой концентрации
Степень использования динамической емкости
χк
0,372
24.
адсорбента в колонне периодического действия
при конечной концентрации, равной ПДК
Степень использования динамической емкости
χф
0,113
25.
адсорбента в колонне периодического действия
при конечной фоновой концентрации
Результаты расчетов рабочего времени цикла в адсорберах периодического действия не
основании модели элементарного баланса
Для конечной концентрации бенз(а)пирена в
час
τк1
561,8
26.
дымовых газах, равной ПДК
При конечной концентрации бенз(а)пирена в
час
τф1
322,3
27.
воздухе
1
21.
149
Приложение В
Исходные и расчетные параметры для ионнообменных процессов
очистки охлаждающей воды реакторов АЭС от радиоактивных изотопов
стронция и цезия
№ Наименование параметра
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Размерность
3
2
Исходные и справочные данные
Производительность по воде
м3/час
Полная
обменная
емкость
ионита (ммоль(катионита КУ-2)
экв)/2
Константа равновесия ионита
Насыпная плотность влажного набухшего
кг/м3
ионита
Удельный объем сухого ионита (насыпной)
м3/кг
Породность неподвижного слоя
м3/м3
Средний размер гранул ионита
м
Плотность очищаемой воды
кг/м3
Вязкость динамическая воды
Па·с
Молекулярная масса:
- цезия
кг/кмоль
- стронция
Валентность ионов:
- цезия
- стронция
Коэффициенты диффузии в воде ионов:
- цезия
м2/с
- стронция
Коэффициенты диффузии в ионите ионов:
- цезия
м2/с
- стронция
Начальная концентрация ионов в воде,
равная ПДК:
кг/м3
- цезия
- стронция
Конечная концентрация ионов в воде,
равная природному фону:
- цезия
кг/м3
- стронция
Высота слоя ионита
м
Расчетные параметры
Обозначение
4
Величина
qv
х0
10
4,75
kp
ρн
1,2
800
Ʋ0
Ɛ0
d
ρw
µ
0,003
0,4
0,9·10-3
1000
10-3
М1
М2
137
90
n1
n2
1
2
Dy1
Dy1
0,57·10-9
0,73·10-9
Dx1
Dx2
1,2·10-10
1,6·10-10
Co1
Co2
3,13·10-12
0,72·10-12
Cк1
Cк2
Н
2,32·10-15
1,44·10-15
0,50
5
150
1. Стандартный диаметр колонны
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Скорость фиктивная очищаемой воды
Число Шмидта для цезия
Число Шмидта для стронция
Число Шервуда для цезия
Число Шервуда для стронция
Поверхностный коэффициент
внешней
массоотдачи:
- для цезия
-для стронция
Объемный коэффициент для массопередачи:
-для цезия
-для стронция
Число Био:
-для цезия
-для стронция
Коэффициенты равновесной зависимости в
уравнении Лекгмюра:
-для цезия
-для стронция
Время рабочего цикла
Концентрация в очищенной воде цезия в
конце времени рабочего цикла
Концентрация в очищенной воде стронция в
конце времени рабочего цикла
м
Dа
1,6
м/с
-
ϑ
Sc1
Sc2
Sh1
Sh2
1,38·10-3
1754,4
1369,9
15,6
15,4
м/с
βy1
βy2
1,05·10-5
1,25·10-5
л/с
kv1
kv2
4,2·10-2
5·10-2
Βi1
Βi2
5,41·10-2
4,75·10-2
м2/кг
м3/кг
час
a
в
τ
1,31
1,99
7,41
кг/м3
С1
2,32·10-15
кг/м3
С2
6,07·10-16
151
Приложение Г
152
153
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа