Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса. Задачи и методы исследования 11
1.1. Становление социально-экологических проблем 11
1.2. Влияние транспортных систем на геоэкологическую обстановку 13
1.3. Экологический мониторинг 45
1.4. Модели и методики оценки геоэкологической обстановки 55
1.5. Цель и задачи исследований 63
1.6. Методы исследования 63
Глава 2. Разработка основных параметров предлагаемой методологии оценки влияния новых природозащитных технологий на геоэкологическую обстановку 68
2.1. Основные принципы охраны природной среды 68
2.2. Показатели оценки состояния компонентов природной среды 72
2.3. Принципы экологической оценки влияния новых технологий на изменения природно-антропогенного комплекса 78
2.4. Общие положения методологии комплексной оценки новых природозащитных технологий на транспорте 82
2.5. Этапы формирования комплексной оценки экологичности и качества технологии. Индекс IEQ 84
2.6. Принципы назначения весовых коэффициентов подуровням одного уровня 99
2.7. Построение зависимости экологичности и качества технологии от значения показателя 101
2.8. Выводы по главе 107
Глава 3. Разрядно-импульсная технология укрепления земляного полотна. Расчетно-теоретический анализ экологичности и качества по разработанной методике оценки 108
3.1. Разрядно-импульсная технология (технология РИТТРАНССТРОИ) для усиления земляного полотна 108
3.2. Особенности разрядно-импульсной технологии 110
3.3. Исследование воздействия РИТ на почвы, прилегающие к железнодорожному полотну 112
3.4. Исследования воздействия РИТ на гидросферу 123
3.5. Результаты экспериментальных исследований и внедрения разрядно-импульсной технологии 133
3.6. Расчет индекса экологичности и качества разрядно-импульсной технологии укрепления земляного полотна 147
3.7. Выводы по главе 167
Глава 4. Разработка технологий утилизации и изоляции отработанных деревянных шпал. Расчетно-теоретический анализ экологичности и качества по разработанной методике оценки 168
4.1. Проблема утилизации отработанных деревянных шпал 168
4.2. Выбор материала для изоляции отработанных деревянных шпал от окружающей среды 183
4.3. Технологические схемы изолирования шпал от окружающей среды 193
4.4. Предотвращенный экологический ущерб при утилизации железнодорожных шпал 204
4.5. Расчет экологичности и качества разработанной технологии 205
4.6. Выводы по главе 211
Глава 5. Разработка технологии изготовления автоклавного и монолитного пенобетонов. Расчетно-теоретический анализ экологичности и качества по разработанной методике оценки 213
5.1. Современные представления о ячеистых строительных материалах 213
5.2. Резательная технология получения автоклавного пенобетона на композиционной матрице разной плотности 214
5.3. Проектирование состава автоклавного пенобетона на композиционной матрице 228
5.4. Основные физико-механические характеристики пенобетона Д400..Д600 240
5.5. Разработка технических условий на блоки стеновые мелкие из ячеистого бетона (пенобетона) Д400..Д600 240
5.6. Физико-химические исследования пенобетона автоклавного твердения 242
5.7. Особенности применения пенобетона 244
5.8. Технология использования модифицированных пенокомпозиций в качестве самонивелирующих покрытий для полов и утепления чердаков 247
5.9. Расчет экологичности и качества технологии изготовления автоклавного и монолитного пенобетонов 253
5.10. Выводы по главе 260
Глава 6. Разработка технологии утилизации золы от сжигания осадка сточных вод. Расчетно теоретический анализ экологичности и качества по разработанной методике оценки 261
6.1. Анализ проблемы утилизации золы 261
6.2. Опыт использования зол топливно-энергетического комплекса в качестве одного из компонентов для строительных материалов 266
6.3. Исследование золы от сжигания осадка сточных вод 269
6.4. Выбор технологии производства автоклавного пенобетона с использованием золы от сжигания осадка сточных вод 273
6.5. Обоснование использования золопенобетона в качестве шумозащитных экранов 282
6.6. Предотвращенный экологический ущерб при утилизации золы от сжигания осадка сточных вод 288
6.7. Расчет индекса экологичности и качества разработанной технологии 290
6.8. Выводы по главе 297
Основные результаты диссертационной работы 299
Список использованной литературы 303
- Влияние транспортных систем на геоэкологическую обстановку
- Этапы формирования комплексной оценки экологичности и качества технологии. Индекс IEQ
- Выбор материала для изоляции отработанных деревянных шпал от окружающей среды
- Обоснование использования золопенобетона в качестве шумозащитных экранов
Введение к работе
Актуальность работы
Развитие мирового общественного производства идет все ускоряющимися темпами, и размеры ущерба, наносимого природной среде, увеличиваются при этом так, что их уже невозможно преодолеть естественным путем без использования глубоко продуманного комплекса законодательных и технологических мероприятий, затрагивающих все сферы производственной деятельности человека.
Научно-технический прогресс на транспорте непосредственно связан с усилением негативного воздействия на природную среду, что существенно обостряет экологические проблемы на современном этапе. Во всем мире наиболее предпочтительным в области сухопутных перевозок является высокоскоростной железнодорожный транспорт, который обеспечивает наибольшую безопасность, комфортность, экологическую чистоту и меньшее потребление природных ресурсов по сравнению с другими транспортными системами.
Строительство и развитие сети высокоскоростных магистралей требует новых инженерно-технических решений, направленных на усиление стабильности земляного полотна, увеличение степени надежности верхнего строения пути, создание необходимой инфраструктуры и т.д.
Для решения такого рода проблем требуется разработка в равной степени как технологий защиты и восстановления природотехнических систем, так и методов оценки их влияния на геоэкологическую обстановку. Исследованию этих вопросов и посвящена данная работа.
Работа выполнена в соответствии с экологической программой железнодорожного транспорта на 2001 - 2005 годы, утвержденной указом МПС РФ№Г-131У от 30.01.2001.
Цель работы. Повышение эффективности мероприятий по обеспечению экологической безопасности при строительстве и эксплуатации транспортных систем на основе создания новых природозащитных технологий и комплексной оценки их влияния на геоэкологическую обстановку.
Идея работы заключается в выборе и разработке рациональных природозащитных мероприятий на транспорте, основанных на применении разрядно-импульсной технологии укрепления земляного полотна, технологий утилизации и изоляции отработанных деревянных шпал, технологий производства пено- и золопенобетонов, с учетом комплексной оценки их влияния на геоэкологическую обстановку.
Задачи исследований:
1. Проанализировать состояние геоэкологической обстановки, сложившейся под воздействием интенсивной технологической нагрузки от эксплуатации транспортных систем.
-
Создать методологию комплексной оценки влияния новых природоза-щитных технологий на геоэкологическую обстановку региона.
-
Разработать научно-обоснованные природозащитные технологические решения на транспорте.
-
Определить основные факторы влияния на геоэкологическую обстановку разработанных природозащитных технологий и выполнить их комплексную оценку.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Методология комплексной оценки влияния новых природозащитных технологий на геоэкологическую обстановку региона.
-
Классификация природозащитных технологий по виду воздействия на геоэкологическую обстановку.
-
Новые природозащитные технологии, существенно уменьшающие негативное техногенное воздействие транспортных систем на геоэкологическую обстановку.
-
Результаты комплексной оценки влияния разработанных природозащитных технологий на геоэкологическую обстановку.
Методы исследований
В основу решения поставленных задач положен метод системного анализа. Для определения показателей экологичности и качества, а также для назначения весовых коэффициентов влияющих факторов использовались методы экспертной оценки. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнялась методами математической статистики В лабораторных исследованиях использованы хроматографический и флюоресцентный методы, рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы, методы микрокалориметрии, распределения центров адсорбции (РЦА), электронно-лучевого модифицирования и ИК-спектроскопии.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами экспериментальных исследований, хорошей сходимостью данных, полученных в лабораторных и промышленных условиях, а также промышленным внедрением результатов.
Научная новизна:
-
Разработана и научно обоснована методология комплексной оценки влияния новых природозащитных технологий на геоэкологическую обстановку с учетом их качества, включающая в себя создание структурно-аналитической модели, описание принципов и алгоритма формирования введенного индекса экологичности и качества IEQ, а также процесс построения зависимости экологичности и качества технологии на каждом этапе формирования IEQ.
-
Предложена классификация природозащитных технологий по виду их воздействия на геоэкологическую обстановку, позволяющая анализиро-
вать, прогнозировать и осуществлять выбор природоохранных мероприятий по обеспечению экологической безопасности с учетом значений индекса IEQ.
-
Проанализированы и оценены основные факторы воздействия разряд-ноимпульсной технологии укрепления земляного полотна на геоэкологическую обстановку. Дана оценка параметров воздействия электрического поля на бетоны и грунты сложения земляного полотна. Показано, что данная технология не изменяет геоэкологическую обстановку региона и по предложенной классификации относится к природоохранным.
-
Разработаны технологии утилизации и изоляции отработанных деревянных шпал. Показано, что консервация в высокоплотный бетон позволяет утилизировать отработанные шпалы путем создания изделий, содержащих распилы шпал в виде деревянной арматуры (камни бортовые), а также изолировать отработанные шпалы путем создания могильников. Установлено, что водные вытяжки из утилизированных и изолированных в высокоплотный бетон отработанных деревянных шпал не содержат фенолов и нефтепродуктов. По предлагаемой классификации данные технологии относятся к технологиям утилизации.
-
Разработаны и внедрены новые технологии получения автоклавного и монолитного пенобетонов на основе новой пенообразующей добавки, используемые в строительстве. По созданной классификации данные технологии относятся к ресурсосберегающим, так как: во-первых, позволяют в несколько раз сократить использование природных ресурсов в виде песка и природного щебня (расход природных материалов снижается с 1 600 кг/м в тяжелых бетонах до 100..200 кг/м3 в пенобетоне); во-вторых, обезвреживают ионы тяжелых металлов за счет высокой адсорбционной способности и, в-третьих, обеспечивают более чем на 15% экономию теплоэнергоресурсов и соответственно топлива при эксплуатации разработанного материала.
-
Предложена технология утилизации и обезвреживания золы от сжигания осадка сточных вод в новый строительный материал - золопенобетон. Проведенные исследования показали, что полученный материал может быть также использован в качестве шумозащитных ограждений. По разработанной классификации данная технология относится к комбинированным, так как одновременно позволяет утилизировать отходы, экономить природные ресурсы в виде песка, а также выполнять охранные функции в виде защиты от шума.
Практическая значимость и реализация работы:
1. Разработана методология комплексной оценки влияния новых природо-защитных технологий на геоэкологическую обстановку. Впервые введен
и обоснован индекс экологичности и качества (IEQ), позволяющий выполнить комплексную оценку исследуемых технологий. Особенностью формирования индекса является система расчета, позволяющая приводить значение каждого показателя, независимо от его значений и единицы измерения, к единой безразмерной величине в диапазоне от 0 до 1.
-
Выполнена комплексная оценка влияния на геоэкологическую обстановку разрядно-импульсной технологии укрепления земляного полотна. Применение данной технологии позволяет производить работы по укреплению высоких насыпей, выемок, земляного полотна, в том числе и на слабых основаниях, а также исключает закрытие движения при производстве работ. По результатам расчетов Службы пути Октябрьской железной дороги данная технология позволяет получить экономический эффект 18 тыс.руб. на 1 пог.м насыпи.
-
Разработаны технологии утилизации и изоляции отработанных деревянных шпал. Технология утилизации позволяет использовать получаемые изделия в качестве камней бортовых. Определен предотвращенный экологический ущерб, который составил 1,5 млн.руб. при утилизации 10% отработанных деревянных шпал только по Октябрьской железной дороге.
-
Предложены технологии получения новых ячеистых материалов, используемых в строительстве. Построен минизавод по производству пе-нобетонных блоков по резательной технологии по адресу г. Санкт-Петербург, ул. Предпортовая, 7. Технологии защищены патентами №2255074, №2238920 и №2239610; техническими условиями ТУ 5745-005-58330682-2002, ТУ 5870-004-58330682-2002, ТУ 5832-005-58330682-2002, ТУ 5870-002-58330682-2002, ТУ 5870-001-58330682-2002 и технологическими регламентами.
-
Получен новый материал - золопенобетон, используемый в строительстве и при устройстве шумозащитных ограждений. Определен предотвращенный экологический ущерб в результате недопущения к размещению и утилизации в материал золы от сжигания осадка сточных вод, составляющий 336,8 тыс.руб. при утилизации ИЗО тонн золы. На технологию получен патент № 2256632, разработаны технические условия ТУ 5870-008-51556791-2005 и технологический регламент.
-
Результаты диссертации использованы при выполнении работ по усилению земляного полотна, строительстве объектов различного назначения, благоустройстве территорий, устройстве шумозащитных ограждений. Материалы диссертационной работы включены в учебный процесс ПГУПС для обучения студентов всех специальностей и слушателей Института повышения квалификации по соответствующим программам.
і
\
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на 29 Международной конференции МКМ-97 (Польша), на 3-ей Международной научно-практической конференции (Алушта Украина, 1997 г.); на Международной научно-технической конференции (Новосибирск, 2001 г.); на Международной научно-практической конференции Инфотранс (Сочи, октябрь 2001 г.); на Международной конференции по дополнительному профессиональному образованию (Свердловск, март 2001 г.); на Международном симпозиуме Элтранс (Санкт-Петербург, 2001 г.), на 2-ой Международной научно-практической конференции «Защитные композиционные материалы и технологии третьего тысячелетия (Санкт-Петербург,
-
г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии» (г.Пенза, 29-30 мая 2002 г.); на 2-ой Международной научно-практической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России (г.Ульяновск, 28-30 марта
-
г.); на 6-ой, 7-ой Всероссийских конференциях по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 6-7 июня 2002 г. и 20-21 июня 2003 г.); на Международном конгрессе по новым технологиям (Шотландия, 9-11 сентября
-
г.); на 15-ой Международной конференции (г.Веймар, 24-27 сентября
-
г.); на 111 Всероссийской научно-практической конференции «Экология, ресурсе- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства» (г.Пенза, 2003 г.); на Международном конгрессе (г.Лондон, 14-15 сентября 2004 г.); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорта» (г.Красноярск, 11-13 мая 2005 г.); на заседании секции "Экология и охрана труда" НТО Судостроителей им. акад. А.Н.Крылова (г.Санкт-Петербург, 14 июля 2005 г.)
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 50 научных трудов, в том числе 2 монографии; 4 публикации в трудах международных конгрессов Польши, Шотландии, Германии, Англии; 10 статей в отраслевых и научных журналах по списку ВАК России; получено 4 патента и разработано 7 технических условий.
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из двух томов. Первый том изложен на 329 стр. основного текста, включает введение, шесть глав, общие выводы, 65 таблиц, 115 рисунков, список использованной литературы из 315 источников. Второй том состоит из 4 приложений.
Влияние транспортных систем на геоэкологическую обстановку
Транспортная сфера деятельности человека подвергается учеными-экологами, представителями природоохранных организаций и "зеленых" движений особой критике. По мнению видных экспертов, в отличие от других секторов экономики и производственной деятельности, которые смогли уменьшить или хотя бы стабилизировать уровень своего негативного воздействия на окружающую среду, ущерб, наносимый транспортом, продолжает увеличиваться [33..38]. Транспортно-дорожный комплекс является одним из самых крупных потребителей мировых природных ресурсов, его составляющая в суммарном количестве загрязнителей, выбрасываемых в окружающую среду в процессе жизнедеятельности людей, достигает почти половины от их общего количества [39]. Так, в Российской Федерации на долю транспорта приходится 53,5% выбросов загрязняющих веществ [40]. Для производства транспортной техники (самолетов, автомобилей, железнодорожного подвижного состава) используется значительная доля продукции металлургического, химического и других видов производств. В США для выпуска автомобилей потребляется: от общего производства стали 20%, никеля - 13%), цинка -35%, натурального каучука - более половины [41].
Дорожные коммуникации, морские и речные порты, аэродромы требуют все больших земельных угодий, прибрежных территорий и акваторий. На 1 км длины трассы многополосной автомагистрали требуется до 15 га земли, в промышленно развитых районах под дорогами, стоянками для автомобилей занято до 40% территории [42]. Площадь крупных аэродромов в мире достигает 7 000 га [43], а общая территория вокруг аэропортов, в пределах которой по условиям безопасности полетов и чрезмерного шума ограничено заселение людей, достигает площади 12 000 га. [44]
Рост объемов перевозок грузов и пассажиров - это неизбежная составляющая прогресса человечества, а подвижность населения - один из самых точных показателей уровня развития того или иного общества. Характерной чертой второй половины XX века стало то, что при общем росте подвижности населения значительно быстрее других увеличивается число поездок, связанных с целями отдыха, реализацией своих устремлений в сфере духовных и культурных интересов, физической культуры и спорта. В последние 30 лет в странах Европейского Сообщества наблюдается устойчивый рост пассажирских перевозок примерно на 3,1% в год. [45] За период 1970.. 1990 годов подвижность населения объединенной Европы увеличилась на 70%. [46]
Устойчивый рост мобильности населения, наблюдающийся после Второй мировой войны во всех промышленно развитых странах, имеет одну характерную черту. Начиная с 50-х годов, при выборе средств передвижения все большее предпочтение отдается автомобильному и авиационному транспорту, постоянно уменьшается доля пассажирских перевозок по железным дорогам. Несколько иная картина складывалась в СССР. Здесь также до конца 80-х годов наблюдался постоянный рост пассажирских перевозок, однако они осуществлялись, в основном, железнодорожным транспортом и авиацией. Система централизованной экономики была способна поддерживать удовлетворительный уровень работы общественного транспорта. Количество личных легковых автомобилей на 1000 жителей в СССР было существенно ниже, чем в большинстве стран Западной Европы, США, Японии. Сдерживание автомобилизации населения, совпадавшее с проводившейся в жизнь политикой, направленной на развитие общественного транспорта, определялось, конечно, и высоким уровнем цен на легковые автомобили и их постоянным торговым дефицитом, хотя мечта о своем автомобиле, несомненно, владела большинством советских семей. [47]
Перестав быть "роскошью" в развитых странах, автомобиль прошел там и обозначенную И.Ильфом и Е.Петровым стадию только "средства передвижения", он стал больше чем средство передвижения, превратившись в элемент культуры.
Как отмечалось в одном из докладов на III Международном конгрессе по высокоскоростному движению в Берлине в 1998 г., автомашина сегодня это некий эквивалент средневекового готического собора - культурного идола. Мобильность стала ключевой особенностью экономической демократии. Именно автомобиль определяет формы землепользования, что в свою очередь снижает эффективность железных дорог. [46]
За период 1970.. 1990 годы при общем увеличении объемов пассажирских перевозок в странах ЕС с 1750 млрд.пасс.км до 3500 млрд.пасс.км. (рост в 2 раза) перевозки легковыми автомобилями увеличились с 1250 млрд.пасс.км до 2750, т.е. в 2,2 раза. [48] Число личных автомобилей на 1000 жителей в этих странах за этот же период возросло с 200 до 400 шт. [49]. К 1994 году автотранспорт взял на себя уже около 70% всех перевозок в Европе [50]. Так, в Великобритании в 2002 году автомобили выполняли (без городского электрического транспорта) 92,0% общего пассажирооборота, во Франции - 90,5%, в Германии - 85,8%, в США - 78,5%, в Японии - 59,5%.
Между тем, именно автомобильный транспорт вызывает в последние десятилетия все большую озабоченность экологов. Массовая автомобилизация населения, привлекательность поездок и доставки грузов "от двери до двери" не только на малые, но и на средние и дальние расстояния стали причиной одной из самых больших экологических проблем промышленно развитых стран. Несмотря на всю остроту, эта проблема далека от своего решения. В условиях устоявшейся привязанности населения и отправителей грузов к автотранспорту, а также при наличии в большинстве стран могущественного лобби производителей автомобилей и подрядчиков строительства автодорог и инфраструктуры обслуживания, задача ограничения перевозок автотранспортом и перевода части пассажиро- и грузопотока на железные дороги представляется чрезвычайно сложной.
Осознание необходимости сдерживания дальнейшей автомобилизации правящими структурами европейских стран, Японии и некоторых других государств, произошедшее не без влияния природоохранных организаций и движений, привело к разработке и реализации ряда комплексных программ развития транспорта, в которых уже в значительно большей степени учитывались экологические аспекты.
Одна из первых подобных научно-технических программ была разработана и в 1988 году утверждена в СССР - "Высокоскоростной экологически чистый транспорт" [51]. Она была направлена на создание новейших транспортных систем и технических средств в области автомобилестроения, авиации и железнодорожного транспорта. В связи с распадом СССР, последующим экономическим кризисом на постсоветском пространстве эта программа, хотя и подтверждалась в последующие годы правительством России, осуществлена не была. Однако поставленные ею цели и задачи отнюдь себя не изжили. Определенные успехи в области оптимизации транспортной системы с позиций уменьшения ее негативного влияния на окружающую среду были достигнуты в последние два десятилетия в Европе. Как отмечалось в официальном докладе Группы высокого уровня по транспортным проблемам Европейского Сообщества, "Европейский Союз не может стать реальностью, не имея безопасного, эффективного, надежного и дружественного к окружающей среде транспорта." [48]. В декабре 1990 года был опубликован первый доклад Группы высокого уровня. В нем были сформулированы предложения по развитию транспортной инфраструктуры Европы, в том числе впервые представлен план сооружения в Европе до 2010 года 9000 км новых ВСМ и реконструкции 15000 км существующих железнодорожных линий для движения со скоростью до 200 км/ч. [52]
В конце 1993 года на заседании Европейского Совета в Брюсселе была вынесена на обсуждение "Белая книга по транспорту", в которой были объявлены 26 приоритетных транспортных проектов, причем 9 из них были направлены на создание новых ВСМ, на что предполагалось израсходовать 2/3 всех средств, предназначенных для решения транспортных проблем. Чтобы определить наиболее перспективный вид транспорта, исходя не только из уровня безопасности передвижения, комфорта, скорости, экономичности, но, прежде всего, с позиций экологической безопасности, в 1992.. 1993 годах по заказу Комиссии по транспорту Европейского Сообщества были проведены беспрецедентные по масштабам исследования, которые охватили весь Европейский Союз, альпийские страны, Скандинавию, а также 14 больших зон Центральной и Восточной Европы. Исследования проводились компаниями "IWW" (Германия), "INTTRPLAIN" (Германия), "INFRAS A.G." (Швейцария), "INRETS" (Франция). В анализе был принят во внимание эффект взаимодействия между соперничающими транспортными секторами - железной дорогой, автомобильным и воздушным транспортом. Из анализа были исключены межконтинентальные перелеты, а также маршруты наземного транспорта протяженностью менее 80 км, отнесенные к категории внутригородских и пригородных поездок. В перспективе до 2010 года было рассмотрено несколько вариантов развития транспортной системы Европы, из которых в результате предварительного изучения были выбраны три наиболее вероятных, между которыми и проводилось сравнение на заключительном этапе работы [53..57].
Этапы формирования комплексной оценки экологичности и качества технологии. Индекс IEQ
Чтобы выполнить комплексную оценку влияния технологии на экологическую обстановку с учетом качества необходимо сформировать две оценки: IE — значение, отражающее воздействие на экологическую обстановку; IQ - значение, отражающее качество новой технологии. Принимается, что значение каждой из этих оценок лежит в интервале от 0 до 1. Для получения комплексной оценки (индекса экологичности и качества IEQ) предлагаем вычислить их средневзвешенное значение с учетом весовых коэффициентов кЕ и kg соотвественно (рис. 2.2). Средневзвешенная оценка, полученная на основе оценок экологичности и качества технологии, определяет прогрессивность принятого решения в комплексе (IEQ).
На данном этапе важно правильно оценить веса обеих составляющих. В нашей системе значение любого весового коэффициента берем из интервала от 0 до 1. Сумма весовых коэффициентов (на этом этапе их два) должна равняться 1 (&+ кд= I). Значение кв существенно зависит от вида рассматриваемой технологии.
Для природоохранных технологий самым значимым является недопустимость воздействия на экологическую обстановку региона (то есть необходимо чтобы значение IE после внедрения технологии (1Епосле) практически не отличалось от значения IE до применения (1Едо) рассматриваемой технологии, 1Епосле = 1Ед0, и качество продукта должно повышаться, поэтому необходимо, чтобы выполнялось IQn0cne IQdo), поэтому вес экологической составляющей должен быть большим. Если оценивается только одна технология, то возможно присвоение кЕ = 1, то есть вообще не рассматривать качественную составляющую проекта. Если имеется несколько технологий, решающих одну и ту же задачу, то для обеспечения возможности их сопоставления, необходимо учесть и качественную составляющую процессов. Для этого kg должен быть больше 0. Однако, так как экологическая составляющая имеет в данном случае первостепенное значение, то ее вес должен быть велик, мы рекомендуем Аг 0,8. Однако если предварительные исследования уже показали, что все рассматриваемые технологии практически не меняют экологическую обстановку, оцениваются одним составом показателей, имеющих близкие значения, то на первое место выходит задача сравнения нескольких технологий по качественным показателям. В этом случае вес качественного аспекта может достигать 0,8.
Для ресурсосберегающих технологий (экологическая обстановка должна улучшаться и, соответственно, 1Епосле 1Едо и IQn0Cne IQdo) очень важным является то, какие ресурсы и в каких объемах позволяют сберечь рассматриваемая технология. Наибольший эффект обеспечит полный отказ от использования ресурса, при сохранении прежнего объема изготовления продукции, требующей в своем производстве рассматриваемый ресурс. Однако такие технологии сна современном этапе еще не получили достаточного распространения. Как правило, снижение объемов потребления ресурса ведет к изменению объемов или качества продукции. Хотя стоит заметить, что возможно появление технологий, уменьшающих потери ресурса при производстве, в этом случае возможно уменьшение расхода ресурса без снижения качества конечного продукта. Технологии данного вида предполагают, что уже имеется хотя бы одна технология получения продукта заданного качества. В нашем случае речь идет о строительных материалах. Качество строительных материалов и их пригодность к использованию в конкретных областях определяется специальными нормативными документам (ГОСТы, ТУ и т.д.). Итак, для ресурсосберегающих технологий всегда присутствует необходимость сопоставления нескольких технологий изготовления строительного материала, удовлетворяющего нормативным документам и предназначенного для использования в одной области (например, пенобетон для заливки полов). В экологической составляющей необходимо учесть все показатели, характеризующие объем и качество используемых ресурсов (по всем рассматриваемым технология, даже если в какой-то технологии данный ресурс не используется совсем). Качественная составляющая должна содержать показатели, отражающие качество строительного материала при условии его соответствия нормативным документам. Вопрос о назначении весовых коэффициентов (одинаковых для всех рассматриваемых технологий) следует решать с учетом текущего состояния по ресурсам и потребности в данном строительном материале. Если состояние ресурса (например, воды) в данном регионе очень плохое, то есть ресурс не восполняется и практически исчерпан, то экологическая составляющая очень важна, поэтому ей следует присвоить большой вес (кЕ 0,9). Если необходимо повысить качество продукта, а имеющиеся ресурсы пока не вызывают сильных опасений, то больший вес следует присвоить качественной составляющей {kg 0,8). Особо следует отметить, что состав всех показателей и соответствующие веса должны быть одинаковы для всех рассматриваемых технологий.
Технологии утилизации (экологическая обстановка должна улучшаться и, соответственно, 1Епосле 1Едо и IQn0CM IQdo)- Экологическая составляющая технологического процесса в этом случае описывает отходы, содержащие загрязняющие вещества, степень их опасности, а качественная составляющая дает информацию об объемах утилизируемых отходов за некоторый период, а также затратах на данные действия. К этому же виду технологий мы относим и технологии захоронения отходов. Для этих технологий на первое место выходит степень опасности загрязняющего вещества, уже накопленный объем отходов, нуждающихся в утилизации и количество отходов, пополняющее объемы загрязняющего вещества. Если отходов уже накопилось опасное количество и необходимо срочно решать вопрос об их утилизации, то следует сделать большим вес экологической составляющей технологии {кв). Если отходов пока накопилось не очень много, но в дальнейшем их объем будет значительно расти, то следует выбирать более качественную технологию, соответственно увеличить kg. Заметим, что для оценки этого вида технологий также сопоставляются несколько технологий, по крайней мере две, а именно: существующая технология утилизации (например, складирование на полигоне) и вновь предлагаемая технология. Очень важно, чтобы для всех рассматриваемых технологий полностью совпадали состав показателей (экологических и качественных) и соответствующие весовые коэффициенты.
Для получения оценок IE и IQ необходимо сформировать структурно-аналитическую модель геоэкологической обстановки региона и определить показатели качества технологии (рис. 2.3). Формирование модели геоэкологической обстановки региона основывается на нормативно-справочных документах. В соответствии с законом "Об охране окружающей среды" объектами охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, деграда ции, порчи, уничтожения и иного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности являются следующие элементы природной среды: земли, недра, почвы; поверхностные и подземные воды; леса и иная растительность, животные и другие организмы и их генетический фонд; атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство.
В первоочередном порядке охране подлежат естественные экологические системы, природные ландшафты и природные комплексы, не подвергшиеся антропогенному воздействию.
К видам негативного воздействия на окружающую среду относятся:
- выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ и иных веществ;
- сбросы загрязняющих веществ, иных веществ и микроорганизмов в поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные площади;
- загрязнение недр, почв;
- размещение отходов производства и потребления;
- загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными, ионизирующими и другими видами физических воздействий;
- иные виды негативного воздействия на окружающую среду.
Выбор материала для изоляции отработанных деревянных шпал от окружающей среды
Предлагается два направления утилизации и изоляции отработанных деревянных шпал: при получении бетона, содержащего шпалы как своего рода деревянную арматуру, и путем создания бетонированных могильников для шпал [231, 232]. Известно, что бетон в зависимости от плотности способен быть непроницаемым для водных растворов, в том числе и содержащих загрязнения. Для оценки способности бетона удерживать в себе загрязнения выбраны бетоны с традиционными и новыми добавками:
1) бетон без добавок, марки 300;
2) бетон марки 350 с добавкой суперпластификатора С-3 [233];
3) бетон марки 350 с добавкой жидкого стекла Na2Si04;
4) бетон повышенной плотности с зольсодержащей композицией "Hardness-M" марки 800.
Составы бетонов представлены в табл. 4.10.
Для исследования оптимального содержания железнодорожных шпал в шпалобетоне проведены опыты на образцах 4x4x16 см с различным добавлением отработанных деревянных шпал в виде деревянной арматуры. В качестве сырьевых материалов при приготовлении бетонов были использованы следующие:
- портландцемент ПЦ400 Д-20 [234] Пикалевского объединения «Глинозем» как наиболее распространенный цемент в Северо-Западном регионе, характеризующийся следующими параметрами:
о нормальная густота (Н.Г.) - 25,5%; о сроки схватывания (час-мин):
начало-255;
конец - 5 .
о равномерность изменения объема - выдержана. о прочность в возрасте 28 суток:
на сжатие - 40,6 МПа;
на изгиб - 5,2 МПа.
- песок [235] для строительных работ карьерный с Мкр. = 2,1. Содержание пылевидных и илистых частиц не более 0,8%
- щебень с максимальным размером зерна 2,6 мм.
Дополнительно использовалась арматура из отработанных деревянных шпал в разном процентном соотношении. Твердение бетона осуществлялось в нормальных условиях при t = 20±2С и влажности 95%.
Для определения максимального процентного содержания шпал в бетоне изготавливались образцы-балочки 4x4x16 см в соответствии с ГОСТ 10180, для которых определяли прочность на изгиб и на сжатие в возрасте 28 суток (рис. 4.7 и рис. 4.8). Анализ полученных данных показывает, что при добавлении в образцы более 10% ОДШ от объема бетона приводит к заметному снижению прочности на сжатие. Прочность на изгиб у образцов, содержащих в качестве арматуры отработанные деревянные шпалы, несколько выше, чем у образцов без ОДШ. При испытаниях на изгиб образцы не ломаются, в них только появляются трещины, причём сама арматура из шпал остается целой (рис. 4.9).
При проведении опытов также выявлено, что применение тепловлажностной обработки, которая осуществляется при температурах 80..90С и нормальном давлении в среде насыщенного пара, неблагоприятно сказывается на бетоне. При таком виде обработки на поверхности шпал проступают замасленные пятна от отработанных деревянных шпал (рис. 4.10) и чувствуется характерный запах каменноугольного масла. Поэтому в дальнейшем от тепловлажностной обработки отказались и твердение образцов бетона осуществлялось в течение 28 суток в нормальных условиях при температуре t = 20±2С и влажности 95±5%.
Была исследована толщина минимально допустимого слоя бетона, изолирующего воздействие каменноугольного масла от окружающей среды. В процессе опытов выявлено, что слой менее 0,8 см недостаточен для полной изоляции. Водные вытяжки из таких образцов через три недели показывали наличие в них нефтепродуктов, поэтому далее рассматривались образцы, слой бетона в которых составлял не менее 0,8 см. После твердения бетона были проведены опыты на определение физико-механических свойств полученных образцов (табл. 4.11). Анализ результатов показывает, что состав №4 с добавлением композиции «Hardness-M» H4Si04 + K4[Fe(CN)6] является наиболее прочным.
Способность бетона удерживать в себе загрязнения оценивалась по анализам водных вытяжек из образцов, содержащих отработанные деревянные шпалы, в сравнении с аналогичными образцами без ОДШ -контрольными образцами. Методика состоит в следующем: берутся образцы-балочки, содержащие в своём составе ОДНІ в количестве 10 объёмных процентов, при этом оценивались вес и объём образцов, рассчитывалась площадь их поверхности. В дальнейшем образцы помещались в цилиндры объёмом 1,0 л и заливались дистиллированной водой в количестве 500 мл, подобно тому, как это делалось при исследованиях водных вытяжек из отработанных деревянных шпал в разделе 4.2.1.
Анализ водных вытяжек на нефтепродукты и общее содержание фенолов (фенольный индекс) проводился в аккредитованной лаборатории ФГУ «Центр сертификации и испытаний» через 3, 7, 21 день, 1, 4 и 6 месяцев и 1 год. Результаты лабораторных исследований (табл. 4.12) показывают, что удерживающая способность обычного бетона, содержащего отработанные деревянные шпалы, оказалась крайне низкой: уже через месяц после помещения образцов в воду анализы их водных вытяжек показали содержание нефтепродуктов и общих фенолов превышающее нормы ПДК. В водных вытяжках образцов с добавкой пластификатора С-3 наличие нефтепродуктов и общих фенолов (фенольного индекса), превышающих нормы ПДК, выявлено в вытяжках возраста 4 месяца. В водных вытяжках образцов с добавкой жидкого стекла Na2Si04 наличие нефтепродуктов и общих фенолов (фенольного индекса), превышающих нормы ПДК, обнаружены также в возрасте 4х месяцев. Таким образом, можно сделать вывод о том, что как бездобавочный, так и бетон с представленными традиционными добавками не способны создать свойство, изолирующее воздействие каменноугольного масла от окружающей среды.
В водных вытяжках образца бетона с золь-содержащей добавкой наличие нефтепродуктов и общих фенолов (фенольного индекса) в возрасте 1 год не обнаружено. Таким образом, использование новой добавки в бетон -композиции «Hardness-M» H4Si04+ K4[Fe(CN)6] - обеспечило удерживание загрязнений, выделяющихся из отработанных деревянных шпал, пропитанных каменноугольным маслом. Такой бетон с комплексной добавкой является высокоплотным, так как водопоглощение, по данным физико-химических испытаний, не превышает 2,5%.
Обоснование использования золопенобетона в качестве шумозащитных экранов
Полученный автоклавный золопенобетон был использован при строительстве объектов промышленного назначения в качестве стенового материала (рис. 6.8), который по своим физикотехническим характеристикам является хорошим теплозащитным материалом. Также целесообразно рассматривать золопенобетон в соответствии с его структурой как шумозащитный материал, что позволяет предложить использовать его в качестве шумозащитных экранов на предприятиях железнодорожного транспорта.
Технологические процессы, связанные с обработкой грузопотоков, и движение поездов приводят к шумовому загрязнению окружающей среды. Шумом называют любые звуки, раздражающе действующие на человека и мешающие восприятию полезных сигналов или нарушающие тишину. [308, 309] Основными источниками шума на железнодорожном транспорте являются движущиеся поезда, путевые машины и производственное оборудование [310]. Интенсивное движение поездов вблизи линий жилой застройки, в черте городов и поселков заметно ухудшает акустический климат. [311] Наиболее значительный акустический дискомфорт возникает в районе сортировочных станций. Временами создается исключительно тяжелый акустический климат, связанный с неблагоприятным сочетанием поездного и станционного шума.
Раздражающее действие шума является существенным фактором, влияющим на функциональное состояние коры головного мозга и центральной нервной системы, а через них - на весь организм в целом. Отсутствие нормального отдыха при излишнем шуме приводит к тому, что утомление от работы не снимается, а постепенно переходит в хроническое, вызывая развитие целого ряда заболеваний. Поэтому дополнительные меры по снижению шума от предприятий железнодорожного транспорта является важной задачей охраны здоровья человека и нормализации окружающей среды. Мы предлагаем использовать разработанный нами строительный материал золопенобетон для устройства на предприятиях железнодорожного транспорта шумозащитных экранов, выполняющих одновременно как шумозащитные функции, так и функции ограждающих конструкций (рис. 6.9) [312..314]. Разработанный нами материал выполняет шумозащитные функции посредством поглощения звуков, а не их отражением.
Звукоизолирующая способность звукозащитных свойств экранов из золопенобетона была рассчитана на золопенобетоны с разной плотностью и разной толщиной (табл. 6.9) [315]. Теоретический расчёт средней звукоизолирующей способности однородного не имеющего воздушных промежутков шумозащитного экрана от воздушного шума, уровень которого выражен в децибелах, определяется для ограждений весом до 200 кг на 1 м и для ограждений весом более 200 кг на 1 м по формулам соответственно
Rcp=13,5xlgG+13,flB (5.2)
Rcp = 23xlgG-9,flB (5.3)
где RcP - средняя звукоизолирующая способность строительных конструкций, дБ; G - поверхностная масса конструкции, кг/м . Из данных табл. 6.9 видно, что наиболее оптимальной шириной является 400 мм - для ограждения из золопенобетона плотностью Д500; 350 мм - для ограждения плотностью Д600 и 300мм - для ограждения плотностью Д800. На основании выше сказанного технологию утилизации золы от сжигания осадка сточных вод можно представить как последовательность следующих действий: Зола = производство золопенобетона = шумозащитные экраны В итоге экологическая полезность или качество новой технологии слагается из утилизации золы, нейтрализации её вредных свойств и уменьшения шума в населённых пунктах.
