Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ТЕРРИТОРИЙ ТИПОВОГО
ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА 9
1.1. Характеристика промышленного центра (Город Бийск Алтайского края) 9
1.2. Влияние антропогенных факторов на экосистемы различных уровней 11
1.3. Загрязнение воздушного бассейна предприятиями различных отраслей промышленности 24
1.4. Влияние экологических факторов на здоровье населения 27
1.5. Контроль состояния загрязнения атмосферного воздуха 29
Выводы 35
ГЛАВА 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ АТМОСФЕРНОЙ ДИФФУЗИИ 36
2.1. Источники загрязнения и распределение вредных веществ в приземном слое атмосферы 36
2.2. Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу 40
2.3. Обоснование выбора модели расчета рассеивания загрязняющих веществ в
приземном слое атмосферы 42
2.4. Применение ЭВМ при расчетах рассеивания загрязняющих веществ в приземном
слое атмосферы 56
Выводы 64
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Г. БИЙСКА И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 65
3.1. Анализ загрязнения атмосферы г. Бийска на существующее положение 65
3.2. Исследование принципов и принятие практических мер, направленных на охрану окружающей природной среды 72
3.2.1. Экологическое состояние атмосферного воздуха и пути его улучшения 72
3.2.2. Методы очистки отработанных газов от диоксида серы 79
3.2.3. Термические и каталитические методы очистки газовых выбросов от органических
соединений 83
3,2,4 Разработка практических мер по снижению выбросов загрязняющих веществ 87
3.3. Результаты внедрения организационно-технических мероприятий по оздоровлению
воздушного бассейна г. Бийска 90
Выводы 93
ГЛАВА4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДОТВРАЩЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ГОРОДА 95
4.1. Взаимодействие общества и природной среды в процессе производства 95
4.2. Определение экологического ущерба от хоздеятельности промышленных предприятий города 100
4.3. Разработка метода экономической оценки целесообразности проведения предприятиями природоохранных мероприятий 106
Выводы 113
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 114
ЛИТЕРАТУРА 116
- Характеристика промышленного центра (Город Бийск Алтайского края)
- Источники загрязнения и распределение вредных веществ в приземном слое атмосферы
- Анализ загрязнения атмосферы г. Бийска на существующее положение
Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития общества охрана окружающей среды является одной из важнейших проблем, так как деградация природных систем ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее целостности и способности поддерживать те свойства окружающей среды, которые необходимы для продолжения жизни живых организмов. В связи с этим возникает острая необходимость разработки комплексной системы экологического мониторинга по всей территории страны [42,46, 48, 49, 51, 86-88]. В частности, необходим особый контроль над состоянием воздушного бассейна над крупными промышленными центрами. Проблема качества воздуха волнует людей и привлекает внимание государственных органов и специалистов, ответственных за охрану здоровья населения и защиту окружающей среды [91-92].
В ряде крупных экономически развитых государств общественность осознала катастрофичность пути развития, когда экономический рост продолжается за счет разрушения окружающей среды. Выбросы загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу от промышленных стационарных источников на территории России по официальным данным ежегодно составляют 28-32 млн. тонн. Основная доля выбросов ЗВ в атмосферу принадлежит предприятиям металлургии, транспорта, энергетической, химической и нефтехимической промышленности.
Около 50 млн. российских граждан подвергаются воздействию вредных веществ, содержащихся в воздухе, в концентрациях 10 ПДК. Заболевания, связанные с ухудшением состояния окружающей среды, составляет 40-60% общей заболеваемости населения. Санитарно-эпидемиологическая служба России отмечает, что практически две трети населения России проживает на территории, где состояние атмосферного воздуха не соответствует гигиеническим нормативам. Бийск, являясь типичным промышленным центром, относится к городам с наибольшим загрязнением атмосферы.
Рост энерговооруженности труда и потребления электроэнергии в быту ведет к дальнейшему развитию электроэнергетики, а, следовательно, к увеличению ее влияния на окружающую среду и биосферу в целом, что определяется увеличением количества сжигаемого топлива на ТЭЦ.
В связи с этим, исследования, проводимые в области природоохранной деятельности на промышленных и теплоэнергетических предприятиях приобретают актуальное значение.
Диссертация выполнена в рамках целевых программ: «Экология Алтайского края на период 1991 по 1995 г.г. до 2005 года», «Исследование и образование в области науки о рисках»; «Экология и природные ресурсы Алтайского края на 2003-2010 года».
Автор в составе коллектива соискателей признана лауреатом премии Алтайского края 2002 г. в области науки и техники за разработку управляемой системы мониторинга атмосферы, а также является лауреатом экологической премии экологического фонда имени В.И. Вернадского и Комитета по экологии Государственной Думы РФ 2006 года. Теоретические и практические результаты подтверждены актами о внедрении и широко используются в природоохранной деятельности Алтайского края.
Цель работы - исследование уровня загрязнения атмосферы промышленных центров с целью обеспечения экологических норм, разработка средств снижения выбросов ЗВ, экономической оценки природоохранных мероприятий (на примере г Бийска).
Поставленная в работе цель достигалась решением следующих основных задач:
Создание электронной карты г. Бийск в виде ГИС - проекта формата Arc View; исследование экологической ситуации в г. Бийске на основании отчетности предприятий по форме 2-ТП воздух, представляемых в органы контроля по Алтайскому краю (Алтайское межрегиональное управление по технологическому и экологическому надзору); разработка в электронном варианте базы данных по параметрам выбросов ЗВ, включающая 95 промышленных предприятий с 1800 источниками загрязнения по 152 соединениям; сравнение и выбор математических методов оптимального расчета приземной концентрации загрязняющих веществ в атмосфере; апробирование ПК «ЭРА» (НІШ «Логос-Плюс») и «CPS Graph» для расчета рассеивания ЗВ в приземном слое атмосферы города с получением результатов в численном и картографическом отображении; анализ результатов расчета уровней загрязнения, разработка мероприятий и экологическая оценка их эффективности; разработка нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) ЗВ в атмосферу для 95 промышленных предприятий г. Бийска по 152 веществам; разработка метода экономической оценки по определению целесообразности проведения природоохранных мероприятий для любого ЗВ и конкретного предприятия.
Научная новизна заключается в следующем:
Создана электронная база данных по выбросам ЗВ в атмосферу на настоящий период для 95 промышленных предприятий, имеющих 1800 источников выбросов по 152 соединениям.
Разработана программа расчета распределения полютантов в атмосфере совместно с геоинформационным пакетом GIS, позволяющая в комплексе проводить пространственный анализ распределения загрязняющих веществ в атмосфере.
Проведены расчеты уровней загрязнения атмосферы города по 152 ЗВ на настоящий период и на перспективный период с учетом рекомендованных природоохранных мероприятий, а также по веществам, обладающим однонаправленным действием.
Предложены мероприятия по снижению негативного антропогенного воздействия выбросов ЗВ на человека и окружающую природную среду путем реше- ния обратной задачи - определения уровня загрязнения при заданном значении ПДК.
Впервые разработаны нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) ЗВ для промышленных предприятий г. Бийска.
Предложена рациональная методика экономической оценки целесообразности проведения природоохранных мероприятий для промышленного предприятия.
Разработана система экологического мониторинга атмосферы промышленного центра, позволяющая не только осуществлять контроль за уровнем загрязнения воздушного бассейна города, но и управлять природоохранной деятельностью с использованием современных электронных средств и программных комплексов.
Практическая значимость работы:
Предложенный программный комплекс расчета рассеяния примесей в атмосфере может служить основой для построения единого модельного комплекса прогноза загрязнения атмосферы антропогенными источниками, как в совокупности, так и от выбросов отдельных источников, что важно для выбора места строительства новых и перепрофилирования действующих предприятий и расположения объектов соцкультбыта, регулирования режима работы предприятий в различных метеорологических условиях, снижения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на здоровье населения и окружающую среду. разработана электронная карта, проведена оценка качества воздушного бассейна г. Бийска, разработаны мероприятия по снижению техногенного воздействия выбросов ЗВ в атмосферу промышленного центра, проведена эколого-экономическая оценка эффективности принятых природоохранных мероприятий, создана рациональная система мониторинга атмосферы для прогноза и регулирования экологической ситуации. создана база данных, электронная система управления процессами, происходящими на урбанизированных территориях. Результаты исследований используются в органах управления охраной окружающей среды, а также при чтении лекций и ведении практических занятий по дисциплинам: «Экология», «Охрана окружающей среды» и «Безопасность жизнедеятельности» для студентов АлтГТУ всех специальностей.
Достоверность основных положений и выводов работы подтверждается: использованием апробированных методик расчета по инвентаризации параметров выбросов ЗВ в атмосферу, утвержденных министерством природных ресурсов РФ; применением стандартного программного комплекса «ЭРА» (Логос-Плюс, г. Новосибирск) для расчета рассеивания, согласованного в Главной геофизической обсерватории (ГГО) им. А.И. Воейкова (г. С.Петербург), сертифицированной электронной карты г. Бийска. сопоставлением полученных результатов с данными станций наблюдений на основе данных по выбросам промышленных предприятий, частного сектора и выбросам автотранспортных средств.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
Разработанный метод оценки экологической ситуации промышленного центра на основании анализа статистических данных по параметрам выбросов ЗВ промышленными предприятиями, представленных в органы контроля и управления ООС по форме 2-ТП воздух.
Созданная информационная система по расчету рассеивания ЗВ в атмосфере города, объединяющая программный комплекс «ЭРА» и программу «Graph» и позволяющая получить данные по уровню загрязнения в приземном слое в численном и картографическом отображении.
Предложенная система мониторинга атмосферы промышленных центров, позволяющая осуществить контроль и управление уровнем загрязнения приземного слоя, оценить экономическую эффективность предложенных природоохранных мероприятий, отслеживать изменение состояния воздушного бассейна в связи и изменениями качественных и количественных характеристик выбросов, прогнозировать качество атмосферного воздуха при изменении ме- теоусловий, планировать градостроительные мероприятия, выдавать данные по загрязнению воздушной среды в заданной точке территории города. 4. Разработанная система экономической оценки эффективности природоохранных мероприятий, позволяющая определить целесообразность их проведения на предприятии по любому ЗВ.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертации были представлены на трех конференциях: «Социальная безопасность населения юга Западной Сибири» (г. Барнаул, 2004, 2005 г, 2006 г); научно-практическом совещании «Создание баз данных источников негативного воздействия на окружающую среду в Алтайском крае» ИВЭП (г. Барнаул 2005 г), на 12-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс-12-2006)» (г. Томск).
В 2002 г. на краевом конкурсе работ на соискание премии Алтайского края в области науки и техники работа «Разработка математических моделей и направлений в области наук о рисках, повышения устойчивости технических систем и объектов и снижение техногенного воздействия на окружающую среду» была отмечена дипломом лауреата премии Алтайского края в области науки и техники.
Результаты исследований отмечены на конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Безопасность и противодействие терроризму», г. Барнаул 2006 г.
Работа, представленная на конкурс «Национальная экологическая премия 2006 г.», признана лауреатом в номинации «Экология города (чистый город)» в 2006 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 научных печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 109 наименований, приложений. Объем диссертации составляет 126 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 15 таблиц и 3 приложений.
class1 ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ТЕРРИТОРИЙ ТИПОВОГО
ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА class1
Характеристика промышленного центра (Город Бийск Алтайского края)
Алтайский край как субъект Российской Федерации в 1997 году отметил свое шестидесятилетие. 28 сентября 1937 года Центральный Исполнительный Комитет СССР постановил разделить Западно-Сибирский край на Новосибирскую область с центром в городе Новосибирске и Алтайский край с центром в городе Барнауле (3419км к Востоку от Москвы), выделив в составе края Ойротскую (позднее Горно-Алтайскую) автономную область и 55 административных сельских районов. За прошедшие годы Алтайский край претерпел ряд преобразований, как административно-организационных, так и социально экономических. Внутреннее административно-территориальное деление, в настоящий момент в крае представлено 11 городами и 60 сельскими районами.
Площадь территории края составляет 168 тыс. кв. км. Население края на 1.01.1997г. составило 2,7 млн. человек, в том числе 1,4 млн. человек или 52% городское. По плотности населения (15,8 человек на кв. км) край занимает второе место в Западно-Сибирском экономическом районе.
Население в целом характеризуется неблагоприятными демографическими показателями. В последние годы наблюдается старение населения: лица пенсионного возраста составляют более 44%, снижается индекс детности семей, падает средняя продолжительность жизни.
Климат равнинной части края резко континентальный с максимальными летними температурами +38+40С, минимальными зимними температурами -50-52С и продолжительностью безморозного периода в среднем 120-130 дней. Преобладание антициклональной погоды определяет большой приход солнечной радиации, продолжительность солнечного сияния в среднем по краю составляет около 2000 часов в год. В ветровом режиме в течение почти всего года преобладает юго-западное и западное направление ветра. В теплое время года высока вероятность суховеев, возможны пыльные бури, а зимой метели. Город Бийск второй по величине город Алтайского края, его население в настоящее время составляет 235,3 тыс. человек.
Бийск один из старейших городов Сибири, основан по указу Петра Первого 18 июня 1709 года как военная крепость и пункт сбора дани с местного населения. С 1782 года Бийская крепость становится окружным городом Колыванского округа, а с 1827 года - уездным городом Томской губернии.
Расположен город Бийск в широкой долине нижнего течения реки Бии, которая является границей южной окраины Западно-Сибирской низменности и предгорной Алтайской равнины. На юго-западной окраине города многоводная Бия сливается с бурной Катунью, образуя могучую реку Западной Сибири - Обь.
Характерной особенностью города является его большая протяженность по долине реки Бии, достигающая 25 км при наибольшей ширине 6 км. Территория современного города равна 150 кв. км, что в 15 раз больше дореволюционного Бийска. Плотность населения составляет 784 человека на кв. км, при средней по Алтайскому краю 15,8 человек на кв. км.
В составе города два административных района: Восточный и Приобский.
В административную зону подчинения городу входят поселки городского типа Нагорный и Сорокино, а также три пригородных сельских населенных пункта, объединенных в Фоминский сельский совет.
К городу подходит железнодорожный путь Туркестано-Сибирской магистрали, связывающей Восточную и Западную Сибирь со странами Средней Азии и Казахстана,
Бийск связан автомобильным транспортом - по Чуйскому тракту протяженностью в 617км с Монгольской Народной Республикой, с Республикой Алтай, водным транспортом вверх по реке Бии - до Турочака, а по Оби - со всеми населенными пунктами, расположенными ниже города.
Выгодное географическое положение города, наличие свободных площадей, пригодных для строительства, послужили определяющим фактором выбора его в начале 50-х годов прошлого столетия для размещения довольно крупных предприятий военно-промышленного комплекса. Вместе с началом строительства промышленных предприятий город получил мощное социальное развитие. Ведущими отраслями промышленности города являются химическая, энергетика, машиностроение и металлообработка, перерабатывающая промышленность. Кроме того, промышленное производство включает полиграфическую, медицинскую, пищевую, деревообрабатывающую, легкую отрасли промышленности и производство стройматериалов.
Источники загрязнения и распределение вредных веществ в приземном слое атмосферы
Единой классификации источников загрязнения ни в отечественной, ни в зарубежной литературе нет. Имеются предложения классифицировать по отраслевому признаку и по группам предприятий. Но наиболее перспективна классификация, приведенная на рис. 2.1.
Естественное загрязнение атмосферы происходит в результате пыльных бурь, вулканической деятельности, лесных пожаров и т.д.
Источником загрязнения воздуха служит и мировой океан. Мельчайшие брызги воды, поднимаясь над поверхностью моря или океана, довольно быстро испаряются, а растворенные в них соли кальция, магния, натрия, калия и других веществ попадают в атмосферу.
При извержении вулканов в атмосферу вместе с газообразными продуктами выбрасывается большое количество пепла. В состав вулканических газов входят НС1, HF, NH3, СІ, СО, СОэ, H2S и др. В атмосферный воздух попадает также космическая пыль из межпланетного пространства.
Искусственное загрязнение атмосферы происходит в результате практической деятельности человека.
До 70% всех загрязнений приходится на долю автомобильного транспорта. Автомобильные выхлопные газы представляют собой смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием, и др. Вследствие неполного сгорания в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу и в смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так называемую «богатую смесь».
Практически во всех отраслях промышленности имеются выбросы вредных веществ в атмосферный воздух. В атмосферу попадают аэрозольные частицы, газообразные вещества и пары (оксиды углерода, серы, азота, сероводород, сероуглерод, углеводороды, кислоты, щелочи, нитриты, нитраты, соединения свинца, железа, фтора, неприятно пахнущие вещества, радиоактивные вещества и др.).
Атмосферные загрязнения не имеют никаких границ. Испытание ядерного оружия в одной стране вызывает увеличение радиоактивного заражения воздуха в ряде других стран, расположенных от нее на значительном расстоянии и даже на другом континенте. Известно, что пыль может переноситься на расстояние более 6000 км, дальность распространения выбросов промышленных предприятий достигает сотен километров. От загрязнения страдают не только страны - «производители» загрязнения, но и страны-соседи. Например, загрязненный воздух с территории США нередко оказывается над территорией Мексики, загрязнения из ФРГ распространяются на территории Норвегии, Швеции, Дании.
Наиболее существенными источниками поступления вредных веществ в атмосферу в сельском хозяйстве являются предприятия по производству всех видов удобрений и ядохимикатов, Кроме того, в сельских районах источниками загрязнения воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству и переработке мяса, предприятия по эксплуатации сельхозтехники, энергетические и теплосиловые установки. В местах значительного содержания скота и птицы в атмосферу могут поступать и распространяться на значительные расстояния такие вещества, как аммиак, сероводород и другие вредные газы. К источникам загрязнения атмосферного воздуха относятся также поля, на которые вносятся высокотоксичные пестициды, и склады, в которых они хранятся и происходит протравливание ими семян.
Искусственное загрязнение воздушного бассейна существенно изменяет природный состав атмосферного воздуха.
В результате загрязнения атмосферы изменяются климатические и микроклиматические условия. В загрязненной атмосфере снижается солнечная радиация; видимая ее составляющая до 50%, прямая радиация - до 15% по сравнению с радиацией при незагрязненной атмосфере. Ультрафиолетовая радиация уменьшается на 30%, а она, как известно, характеризуется антибактерицидным действием. Микроклиматические изменения, происходящие в городах и индустриальных центрах, характеризуются увеличением средней температуры воздуха на 2 - 9С, уменьшением видимости, увеличением осадков и облачности, изменением циркуляции воздуха.
Анализ загрязнения атмосферы г. Бийска на существующее положение
Суммарные выбросы ЗВ в атмосферу определены как для каждого из 95 предприятий, так и в целом по городу [45, 50]. Фрагмент полученных результатов (в качестве примера рассматривается Бийское вагонное депо) приведен в таблице 3.1 (приложение Б). В ней указаны: наименование веществ, их количественный выброс в атмосферу с учетом очистки и без нее, а также классификация твердых, жидких и газообразных веществ. Эти данные необходимы для разработки природоохранных мероприятий отдельных производств в общем территориально-промышленном комплексе. Так как данные записаны в электронном варианте, то могут быть извлечены из базы данных в любой момент, например, с целью предоставления необходимых сведений по любому предприятию в органы контроля.
Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, их очистка и утилизация в целом по городу Бийску представлена в таблице 3.2 (приложение Б). В таблице представлены сведения:
1. приведено количество выброшенных веществ каждым из 95 предприятий по 152 веществам;
2. приведено количество веществ, поступающих на очистку;
3. фактическое количество уловленных и обезвреженных ЗВ;
4. доля вклада отдельных источников в общее количество выбросов каждого из веществ.
В результате расчета рассеивания ЗВ в атмосфере города получены результаты в табличном и картографическом отображении. При этом выявлены:
1. максимальные концентрации всех видов выбрасываемых веществ, уровень загрязнения которых превышает 0,05 ПДК в жилой зоне городской застройки;
2. источники, внесшие наибольший вклад в максимальную концентрацию; 3, принадлежность этих источников к предприятию и приведены их координаты на электронной карте, представленной в отчете.
Это дает возможность разработать и предложить мероприятия по снижению выбросов определенных ЗВ и в дальнейшем оценить их эффективность. Результаты расчета приведены в таблице 3.3 (приложение Б) в виде максимальных значений загрязнения для каждого вещества. В нижеприведенной таблице 3.1 фрагментарно представлены 35 видов ЗВ, уровень загрязнения которых превышает допустимый, сведения об остальных ЗВ могут быть получены из отчета в электронном варианте.
