Содержание к диссертации
Введение
1 Влияние производственно-хозяйственной деятельности (ПХД) человека на загрязнение воздушного бассейна . с. 9
1.1 Анализ влияния ПХД на состояние атмосферы. с. 9
1.2 Экологический риск от техногенного загрязнения атмосферы . с. 18
1.3 Принципы и методы оценки экологического риска от экологически обусловленного ухудшения здоровья. с. 24
1.4 Экономический ущерб от повышенной заболеваемости и управление процессами охраны окружающей среды па промышленных предприятиях. с. 30
Выводы по разделу. с. 39
2 Алгоритм определения ущерба от загрязнения воздуха территории предприятия . с. 42
2.1 Информационная база для оценки состояния воздуха и здоровья, с. 42
2.2 Разработка алгоритма определения ущерба здоровью. с. 49
Выводы по разделу с. 56
3 Моделирование воздействий загрязнения воздуха на состояние здоровья персонала промышленных предприятий . с. 58
3.1 Моделирование ущерба здоровью от загрязнения воздуха территории промышленных предприятий. с. 58
3.2 Оценка и прогноз ущерба здоровью от загрязнения воздуха . с. 75
Выводы по разделу. с. 91
4 Моделирование экономической эффективности мероприятий по охране воздушной среды на промышленных предприятиях и оптимизация управления экологической деятельностью . с. 93
4.1 Содержание и расчет экономического ущерба от повышенной заболеваемости персонала, связанной с загрязнением воздуха. с. 93
4.2 Оценка эффективности затрат на природоохранные мероприятия . с. 105
4.3 Оптимизация планирования природоохранных мероприятий. с. 113
Выводы по разделу. с. 126
Заключение. с. 128
Приложения с. 136
Литература с. 138
- Экологический риск от техногенного загрязнения атмосферы
- Разработка алгоритма определения ущерба здоровью.
- Оценка и прогноз ущерба здоровью от загрязнения воздуха
- Оценка эффективности затрат на природоохранные мероприятия
Экологический риск от техногенного загрязнения атмосферы
Промышленное производство в современном мире является неотъемлемой частью нормально функционирующей экономической системы. С развитием общества, увеличением численности населения, ростом промышленного производства соответственно увеличиваются объёмы ресурсопотребления и нарастает загрязнение окружающей среды (ОС). Развитие производственно-промышленного комплекса длительное время шло без учёта экологических последствий техногенных воздействий на природу, что привело к ее деградации и химическому загрязнению всех ее составляющих. Антропогенное влияние, проявляющееся, в частности, как химическое загрязнение, является на сегодняшний день одним из определяющих факторов взаимодействия человека и природы, чье сегодняшнее состояние некоторые специалисты оценивают как экологический кризис [60,61]. Увеличение интенсивности воздействия вредных факторов сегодня уже превышает возможности адаптационного приспособления к ним живых систем, в том числе и человека. В комплексной проблеме защиты ОС особую роль играет загрязнение атмосферного воздуха. Ежегодно в атмосферу от техногенных источников попадает от 9,6хЮк до 26,0 10 с тонн пыли и твердых аэрозолей, 350 млн. тонн СОг, 145 млн. тонн SO2, летучих органических соединений, 20 млн. тонн окислов азота, около 1 млн. тонн углеводородов и др. [41]. В целом общепринято считать, что техногенное загрязнение воздуха имеет три наиболее существенных аспекта. Первый - макрорегиональное, трансграничное и глобальное загрязнение атмосферы, приводящее к постепенному потеплению климата и экологическим изменениям планетарного масштаба; второй-загрязнение непосредственной среды обитания-приземного слоя воздуха в индустриальных центрах, где большое число стационарных источников и средств транспорта сочетается с высокой плотностью населения, третий - определение объема ВВ, выделяющихся из производственного оборудования и их распределение в воздухе производственных помещений [13, 69, 114].
Существование трансграничного загрязнения атмосферы связано с процессами массопереноса примесей воздушными массами (ВМ), составляющими основу общепланетарной циркуляции атмосферы Земли. Постоянно дующие ветра одних и тех же румбов вызывают устойчивые векторы распространения ЗВ, создавая возможность для предсказания качественных изменений в загрязнении приземных слоев воздуха территорий-реципиентов. ЗВ с территории Германии нередко попадают в атмосферу скандинавских стран [69], Великобритания получает от материка в среднем в 3 раза меньше ЗВ, чем транспортирует, выбросы с заводов США загрязняют Мексику [44]. Определение направления трансграничного переноса, общего воздействия на атмосферу в целом строится на изучении глобального перемещения воздушных масс и их трансформации. Значение имеют температурные и стратификационные характеристики ВМ, абсолютная и относительная влажность воздуха, наличие естественных примесей, характеристики территорий и акваторий, пересекаемых ВМ на своем пути. Состав и объем выбросов ЗВ, расположение источника выбросов также имеют значение для определения диффузии газовой фракции выбросов в атмосферу, химических преобразований в результате взаимодействия ЗВ с кислородом атмосферы, водой, пылевыми и аэрозольными частицами, которые часто выступают как ядра конденсации влаги [123]. Расчет количественных характеристик загрязнения воздуха отдельных пунктов в этом случае затруднен по причине относительно равномерного распределения примесей в границах ВМ, процессов самоочищения, интенсивной местной циркуляции приземного и пограничного слоев атмосферы, воздействия местных ис точников [14]. Из вышесказанного ясно, что трансграничный перенос ВВ создает основу для формирования фоновых концентраций примесей воздушной среды, предполагает наличие атмосферных ЗВ даже в наиболее удаленных частях Земли.
В современном городе с развитым промышленным производством проблемы загрязнения атмосферы сливаются с социально-экономическими проблемами. По официальным источникам РФ, на 1997 г. в городах РФ средние концентрации NOx и SO2 превышали 1 ПДК, формальдегида и бенз(а)пирена-2 ПДК. В 187 городах с населением 65,4 млн. чел наблюдалось превышение ПДК хотя бы по одному из веществ. В 66 городах максимальные разовые концентрации превышали ПДК более чем в 10 раз, в том числе среднемесячные концентрации по бенз(а)пирену-в 25 городах. 33 города включены в число с ИЗ А 14 и выше [76].
Сегодня единственным документом, определяющим методы расчета рассеивания ЗВ в атмосфере, являются " Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий. ОНД - 86 [65]. Обязательная часть документа предусматривает определение концентраций ЗВ за пределами аэродинамической тени предприятий, рекомендуемая часть - в пределах аэродинамической тени. Для определения процессов рассеивания примесей значение имеют как показатели состояния атмосферы (устойчивость, температура) и окружающей территории (рельеф), так и характеристики источников выбросов и самих выбросов (объем, состав, температура). В ОНД значения допустимых концентраций указываются как С, ПДКпас пунжтов в пределах санитарно-защитной зоны (ССЗ) и Q 0,ЗПДКрас„оны для участков воздухозабора на промплощадок предприятий. Па основании "Указаний" строится расчет рассеивания ЗВ и определение ПДВ в современных программах "Эколог - предприятие", "Эколог - город" и др. Применение методики позволяет определять поля концентрации пылевых и аэрозольных, капельно-жидких и газообразных примесей, поступающих в атмосферу от стационарных источников. Практика применения методики ОНД - 86 для определения ПДВ показывает, что как правило, расчет ПДВ ведется для достижения С, ПДКнаспупктов в пределах ССЗ предприятий, в то время как рекомендуемая часть указаний игнорируется. Это приводит к недостаточному учету загрязнения воздуха территории предприятия и необходимости применения химических анализов воздуха на ВВ.
Разработка алгоритма определения ущерба здоровью.
В качестве рабочих групп для многофакторного анализа общей заболеваемости отбираются ряды признаков по убыванию межкомпонентных оценок. Величины оценок рассчитываются по убыванию R2 признаков в связи с величиной общей заболеваемости и выбираются из числа значимых признаков, полученных в результате корреляционного анализа.
Для построения уравнений регрессии для заболеваемости по отдельным группам заболеваний выбирается по одной рабочей группе для каждой отдельной группы болезней. Однако для общей заболеваемости отбирается несколько рабочих групп, включающих разные факторы. Это делается с целью учета по возможности всех параметров.
Для каждой рабочей группы рассчитывается уравнение регрессии. Для определения влияния отдельных факторов на результат коэффициент регрес сии непригоден, т.к. факторные величины измеряются в различных показате лях. Поэтому для каждого факторного признака из рабочих групп вводится ве личина коэффициента эластичности Э, который показывает на сколько % из меняется величина заболеваемости при изменении і-го фактора на 1% Окончательный выбор уравнений регрессии со значимыми факторами для построения математической модели предполагает сравнение разных уравнений из полученных и выбор конкретных вариантов для каждого результативного признака. С целью создания прогнозных моделей проводится оценка достоверности разработанных моделей, поскольку совокупность факторных признаков невелика.
Сравнивая несколько уравнений, проводим это по величине коэффициен та вариации y=(6/R) 100, (2.11) где б-стандартное отклонение предсказанного значения изучаемого признака; R-коэффициент корреляции или совокупный множественный коэффициент корреляции.
Исходя из данного параметра, отбираются наиболее подходящие модели. Для оценки адекватности модели используются также анализ остатков, типичный для регрессионного анализа. Здесь в качестве показателей адекватности выступают минимальные и максимальные остатки, среднее остатков и стандартная ошибка предсказанной величины. Однако для более наглядного выражения адекватности модели и сравнения разных зависимостей введена величина ошибки предсказания, которая равна процентному соотношению между стандартной ошибкой предсказанной величины и среднему предсказанной величины ER= xlOO, (2.12) где ER - ошибка предсказания; Е - стандартная ошибка предсказания; Р - среднее предсказанной величины. Для отобранной модели определяется единый значимый коэффициент влияния Кв.
Методы регрессионного анализа применялись для прогнозирования заболеваемости в целом по городу, в промышленности и в исследуемой группе предприятий; для прогноза заболеваемости с учетом классов болезней.
Кластерный анализ применялся для подбора группы предприятий с наиболее схожими параметрами выбросов, состояния рабочих мест и заболеваемости. В качестве основного метода кластерного анализа был выбран метод к-средних, как имеющий дело непосредственно с самими объектами. При применении данного метода объект включается в кластер, евклидово расстояние до которого минимально и характеризуется расстоянием до центра тяжести кластера, который выступает как среднее для всех членов кластера. Этот ме тод позволяет группировать исследуемые величины как по всей по совокупности параметров, так и по отдельным параметрам. Преимущество метода к-средних перед остальными методами состоит в том, что он, как итеративный метод, позволяет определить достоверность кластеризации путем учета числа итераций, которой чем меньше, тем лучше данные подвержены определенным закономерностям в своем распределении.
Для проведения кластерного анализа по заболеваемости непосредственно на предприятиях города было сочтено целесообразным отобрать группу предприятий со схожими показателями выбросов и заболеваемости. Данное решение было принято исходя из следующего: - разнообразие технологических процессов на предприятиях города создает условия для разного сочетание выбросов по ингредиентам и состояния воздушной среды в рабочей зоне, поэтому анализ по всей совокупности предприятий может дать недостоверные результаты; различные по условиям загрязнения атмосферного воздуха и условия циркуляции приземного слоя воздуха районы расположения предприятий создают разные условия рассеивания примесей, что неодинаково влияет на условия работы; заболеваемость в целом и по отдельным группам болезней в большой группе предприятий сильно варьирует, поэтому при значимых коэффициентах корреляции ошибка прогноза может быть слишком велика для практического применения.
При группировании предприятий в качестве вариативных признаков брались выбросы общие, выбросы твердых веществ, выбросы жидких и газообразных веществ, степень очистки выбросов, затраты на воздухоохранные мероприятия, условия района местоположения предприятия(в рангах), заболеваемость общая, заболеваемость общая в днях/100 чел, стандартное отклонение заболеваемости. Кластерный анализ позволил отобрать группу предприятий, в которой производился основной анализ. Для дополнения показателей заболеваемости населения предлагается ввести коэффициент снижения СПЖ. Определение коэффициента снижения СПЖ ведется по модифицированной формуле [80]. Kcnx=PxRnpxKe, (2.13) Rnp=D(l-Ros), (2.14) где D - кол-во дней в году, соответствующее болезни; Ros - коэффициент Россера, принятый для летального исхода 0, для заболеваний не приведших к инвалидности 0.9, для первой, второй и третьей группы инвалидности соответственно 0.87, 0.76, 0.68; Кв - множественный совокупный коэффициент влияния; Р - поправка на обращаемость в медицинские учреждения.
В целях наиболее полного учета влияния загрязнителей воздуха территории промышленного предприятия и учета заболеваемости персонала, не имеющей определенной профессиональной этиологии, а также для учета скрытой заболеваемости, автором предлагаются в качестве основного результативного показателя воздействия ЗВ на показатели здоровья величину продолжительности общей заболеваемости персонала (в днях) и показатели заболеваемости по классам болезней. Профессиональная заболеваемость, являю являющаяся крайним выражением воздействия неблагоприятных условий производства на здоровье по количеству случаев и общей продолжительности на исследуемых предприятиях занимает слишком малое место, чтобы служить показателем воздействия загрязнения ЛВ на характеристики здоровья (менее 0,00001% от общей продолжительности заболеваний). Для прогноза и оценки влияния ЗВ на здоровье автор предлагает в качестве факторных признаков применять показатели выбросов предприятия. Отбор данных признаков произведен по следующим причинам:
Оценка и прогноз ущерба здоровью от загрязнения воздуха
Сегодня, когда приоритетное направление в развитии мировой цивилизации получила экономика, экология становится экономической категорией. К сожалению, до недавнего времени развитие экономической сферы шло без учета экологических последствий, экологический фактор учитывался минимально, не были разработаны экономические механизмы охраны ОС. До сих пор в качестве сдерживающего механизма применяются штрафные санкции и возмещение вреда, нанесенного ОС. Экономические методы стимулирования природоохранной деятельности на уровне отдельных субъектов экономики практически не учитывают показатели внутреннего экономического ущерба от загрязнения. В то же время указано [1,6,8,61,127 и др.], что экономические механизмы являются необходимой частью системы методов управления природоохранной деятельностью.
Экономический ущерб (ЭУ) от загрязнения окружающей среды продуктами человеческой деятельности на сегодняшний день является одним из основных показателей, призванных привести экономическое развитие в соответствие с экологическими и социальными ценностями. К настоящему времени экономический ущерб от загрязнения ОС как правило оценивается по прямым показателям ущерба, которые определяются как потери, полученные в результате загрязнения, и затраты на преодоление последствий загрязнения, выраженные в экономических показателях. Оценка прямого экономического ущерба связана с явными последствиями влияния ЗВ на ОС и привязана к коротким промежуткам времени. В отличие от прямого ущерба, косвенный экономиче ский ущерб четко не фиксируем, проявляется через длительные промежутки времени и характеризуется эффектом территориального распыления. Многие виды экономического ущерба могут лишь частично быть выражены в стоимостных показателях. Так, в вопросе оценки экономического ущерба от заболеваемости населения такие показатели как потери от недопроизводства продукции, оплата больничных листов, стоимость лекарств, снижение производительности труда подлежат выражению в стоимостной форме, но прямой ущерб от заболеваемости для самого человека оценить невозможно.
Способность человеческого организма сопротивляться негативным воздействиям приводит к накоплению напряжения и утомления организма [24,53]. Поэтому результаты воздействия загрязненной ОС на здоровье проявляются не сразу, а через некоторое время, причем промежуток времени может быть различен в зависимости от уровня воздействия и индивидуальных свойств организма. Соответственно, проявление экономического ущерба также отсрочено, проявляется в косвенном виде и часто не фиксируется как результат воздействия загрязнения.
Суммарный экономический ущерб предлагается рассматривать по первичному источнику воздействия, по агенту влияния, по источнику возникновения ущерба как стоимостной величины. Так, в случае ущерба от загрязнения атмосферы в качестве первичного источника выступают отдельные производственные и бытовые структуры; в качестве действующего агента - атмосферный воздух, загрязненный ВВ; непосредственный ущерб возникает на уровне конкретных реципиентов - человека, объектов промышленности и сельского и коммунального хозяйства, живой и неживой природы. При этом одни и те же первичные источники могут влиять сразу на несколько агентов, действие которых в дальнейшем суммируется на одном и том же реципиенте (рис. 4.1.). Установление величины ущерба от воздействия тех или иных источников в случае оценки ущерба от загрязнения АВ затруднено в связи с тем, что воздушная среда, как наиболее динамичная, распространяет свое действие на об ширные территории и воздействия особенно небольших доз загрязнителей от конкретных первичных источников доказываются с трудом.
В соответствии с задачами настоящего исследования, экономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха рабочей зоны промышленных предприятий имеет в качестве первичного источника выбросы ЗВ в атмосферу самим предприятием и фоновое загрязнение, в качестве агента воздействия -воздушную среду, в качестве реципиента - состояние здоровья работающих на предприятии.
К настоящему времени разработаны некоторые методики оценки состояния здоровья населения в зависимости от уровня загрязнения атмосферы [1,38,61,88 и др.]. Выделяют, соответственно, и экономический ущерб от повышенной заболеваемости населения (ЭУЗН), однако до настоящего времени не разрабатывался вопрос учета ЭУ от состояния атмосферы на рабочих мес тах промышленных предприятий. В то же время определение величин такого ущерба может стать основой для изменения оценки экономической эффективности воздухоохранных мероприятий.
Оценка эффективности затрат на природоохранные мероприятия
Данная зависимость определяет набор мероприятий с минимальными затратами и максимальными результатами для ряда альтернативных мероприятий со схожими целями. Результаты анализа заносятся в матрицу, определение наиболее значимого набора мероприятий идет по матрице совокупных результатов. Так, подобная модель может быть использована для определения набора мероприятий по снижению выбросов в АВ, изменения технологического процесса, проведения здравоохранительных мероприятий.
Применение подобных моделей оправдано для выбора отдельных альтернативных мероприятий или их ограниченного набора для управления ограниченным числом целей заранее известной направленности, но не позволяют сами по себе определять направления изменения экономического ущерба. В специальной литературе представлены модели, позволяющие сформировать программы выбора предприятия из более широкого состава по признакам реализации мероприятия при ограничениях на достижении установленного уровня ПДК и ПДВ, при ограничении объема средств, заложенных на реализацию программы, при наличии заранее определенных критериев. Применение вышеуказанной модели не противоречит большинству из них, поскольку описывает более узкую ситуацию для выбора мероприятий по охране АВ промышленных предприятий. В то же время описываемая модель предлагает использовать в качестве критериев оценки, получаемые путем статистического анализа в отличие от некоторых других моделей, основанных на критериях экспертной оценки. Применение статистических и математических зависимостей в данном качестве позволяет более объективно оценивать выбор мероприятий по улучшению производственной среды и рассчитывать следствия реализации мероприятий. При учете только влияния параметров состояния ОС на здоровье, функциональная зависимость в модели и соответственно в матрице совокупного влияния будет иметь место только в случаях достоверно установлен 125
ного влияния параметров состояния ОС на здоровье и, соответственно, показатель Р также определяется зависимостью от состояния данных параметров среды. В случае, когда зависимости между параметрами ОС и здоровье известны, существуют жесткие связи, разработаны модели прогноза состояния здоровья в зависимости от состояния параметров ОС нет нужды в постоянном учете показателей состояния здоровья, поскольку они могут быть достоверно предсказаны с помощью существующих моделей. В этом случае достаточно периодичных разовых оценок для контроля состояния здоровья, проверки существующих моделей и выявления новых факторов воздействия.
Часто более важным бывает определение мероприятия по охране ОС, необходимого для достижения определенного уровня воздействий или определенного значения поставленных целей. Подобные зависимости, некоторые из которых рассмотрены в гл. 1.4, в настоящее время широко используются и представлены в специальной и учебной литературе.. В качестве подобного метода для определения мероприятий по охране здоровья предлагается применение методики, описанной в гл. 3.2.
Разработана методика, позволяющая оценивать и прогнозировать экономический ущерб от заболеваемости, связанной с загрязнением АВ на промышленных предприятиях. До сих пор загрязнение воздуха практически не учитывалось в изменении состояния здоровья и связанных с ним показателей экономического ущерба за счет заболеваемости и снижения производительности труда. В качестве решения данной проблемы предлагается учитывать скрытый ущерб на базе изменения показателей матрицы вероятностных переходов из состояния здоровья в состояние напряжения и утомления и, как следствие, заболеваемости, связанной с выбросами ЗВ от промышленных стационарных источников; на основании решения прогнозных уравнений регрессии, представленных в гл. 3.1. Показано, что скрытый ущерб ленных в гл. 3.1. Показано, что скрытый ущерб составляет значительную долю общего ЭУЗН и может быть учтен в показателях снижения трудоспособности и снижения продолжительности жизни.
На основе прогнозных уравнений регрессии рассчитан экономический ущерб от заболеваемости, связанной с объемом выбросов твердых веществ, окислов серы, окислов азота, специфических соединений. При расчете ущерба отдельно вычислялись показатели явного и скрытого ЭУЗН. Также рассмотрено применение матрицы вероятностных переходов здоровья для прогнозирования численных характеристик ЭУ. Рекомендовано применение корреляционно-регрессионного анализа по причине его большей точности и известной величины ошибки, полученной расчетным путем. Рассмотрено изменение величин экономического ущерба с учетом скрытой заболеваемости для случаев роста и снижения выбросов.
Показано, что экономический эффект от проведения воздухоохранных мероприятий, выражающийся в снижении заболеваемости общей и снижении продолжительности одного случая заболевания может и должен учитываться в планировании, реализации и оценке мероприятий по охране ОС поскольку внесение величины предотвращенного ущерба в зависимости, определяющие экономическую эффективность мероприятия, позволяют более точно рассчитывать экономические эффекты, сократить срок окупаемость мероприятия и стать одним из механизмов стимулирования природоохранного процесса в промышленности.
Рассмотрены вопросы оптимизации управления природоохранными процессами на уровне отдельных предприятий с точки зрения выбора мероприятий для достижения максимального экономического и социального эффекта. Предложен ряд моделей, определяющих принцип подбора мероприятий и их оценки с точки зрения наибольшего экономического эффекта. В построении моделей учтен факт неизбежности ущерба, возникающего в ходе реализации некоторых мероприятий.
