Введение к работе
Актуальность проблемы. Нэ пороге XXI века неблагоприятное воздействие на Окружающую среду приблизилось к такому уровню, что оно уже угрожает самому существованию человечества. Выводы в докладе экспертов ООН (июнь 1997 г.)-указывают на продолжающееся опасное загрязнение окружающей среды. Только за последние три года столетия глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 600 млрд долларов США.
В комплексной проблеме защиты окружающей среды особую озабоченность, вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание - наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся-применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Опасность антропогенного загрязнения атмосферы усугубляется тем, что источники загрязнения сосредоточены на площадях, где живут и работают люди - із' промышленно развитых регионах.
Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной Воздушные массы переносят вредные выбросы на значительные расстояния. В результате в'благополучных с экологической теки зрении районах загрязняются почва, растительность, водоемы.
Загрязнение воздуха в промышленных районах Российской Федерации усугубляется явлениями экономического характера, При установившейся о промышленно развитых странах норме бюджетных расходов на природоохранную деятельность в 2-3 %, бюджет Российской Федерации в 1995-97 гг. пыделяд на зти цели по 0,30-0,33 %.
В настоящее время функции сбора, хранения и обработки информации о воздействии предприятий на атмосферу возложены нл иерархическую сеть региональных комитетов охраны природы, Информация перерабатывается и хранится в форме бумажных отчетов Контроль и анализ этой информации требует больших затрат времени. Действующая схема сбора информации о выбросах в атмосферу, при которой раз в пять лет (три года) проводится инвентаризация ис- точников вредных выбросов и ежегодно собираются статистические отчеты о выбросах в атмосферу,. нэ позволяет прогнозировать состояние воздушного бассейна и затрудняет принятие решений по рго улучшению.
Необходимость совершенствования существующих региональных систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирование-промышленных выбросов определяет научную и практическую актуальность настоящей работы.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематических планов МНТП "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и федеральной целевой программы "Интеграция".
Цепью работы являлось установление новых и уточнении существующих закономерностей выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для повышения качества управления окружающей средой и развития региональных компьютерных систем прогнозирования и управления выбросами загрязнителей в атмосферу.
Идея работы заключается в том, что улучшение качества управления окружающей средой и повышение достоверности прогнозных оценок обеспечивается адекватными математическими моделями, позволяющими прогнозировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на основе анализа фактических данных потребления электроэнергии и материальных ресурсов.
Основные научные положения работы заключаются в следующем:
характеристика загрязнения атмосферного воздуха на мезоуров-не может быть сведена к некоторому интегральному показателю допустимой экологической нагрузки, для которого нормативы предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу являются частным случаем при фиксированных метеоусловиях;
кинетика образования пылегазовых выбросов описывается дифференциальными уравнениями первого порядка, в которых в общем случае переменными являются значения энергоемкости технологических операций и время;
в стационарном случае интенсивность образования пылегазовых выбросов изменяется в зависимости от энергоемкости по' логистическому закону, а параметры этой зависимости можно оценить нелинейным методом наименьших квадратов;
достоверный прогноз-выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлен только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылегазовых выбросов с энергоемкостью технологических процессов и использовании единой согласованной системы инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории про-мышленно развитого региона.
Новизна основных научных и практических результатов:
разработаны методические лоложения прогнозной оценки загрязнения атмосферы на мезоуровне, отличающейся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных;
обосновано описание процессов образования пылегазовых вы-бросов-на территории промышленного.региона с использованием логистических дифференциальных уравнений, отличающееся тем, что интенсивность образования загрязнителей рассматривается в концептуальном пространстве "энергия-время";
усовершенствованы структурные и функциональные схемы систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирования промышленных выбросов по основным видам производственной деятельности применительно к условиям Тульской области;
установлены закономерности однопараметрических трендов интенсивности выбросов в атмосферу загрязнителей различных видов;
проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазовых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с исполь ' зованием информационной технологии.
Достоверность научных- положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследований, обоснованным и с- . пользованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники; '
достаточным объемом вычислительных экспериментов, прове- ' денных в процессе теоретических исследований интенсивности образования пылегазовых выбросов з атмосферу;
удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в-атмосферу (в среднем отклонения не'превышали 30 %).
Практическое значение работы заключается в том, что разработана и согласована региональная структура нормативного документа, регламентирующего единый подход к инвентаризации выбросов загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны комплекты математических моделей образования пылегазовых выбросов в зависимости от энергоемкости технологических процессов, что попытает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Усовершенствованы структурные и функциональные схемы конгропп воздействий промышленных предприятий на воздушный бассейн.
- Реализация работы. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях т. Тулы, аналитической труп-
пой Тульского областного общества по охране природы и позволили получить достоверные прогнозные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результат были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по'курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 320700 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".
Апробации работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом,, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г. Тула, 1095-1998 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 1995-1998 гг.), 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула, 1998 г.), 2-й Международной конференции по экологическому образованию "Между шко-,'ой и университетом" (г. Тула, 1996 г.), 1-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (г. Тула, 1997 г.). 2-й Международной конференции по проблемам экологии и 'безопасности жизнедеятельности "Поиск; оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы" (г. Тула, 1998 г.).
Публикации. По результатам научных исследований имеется 5 публикаций.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 24 таблицы, 23 рисунка, список литературы из 116 наименований.
Автор диссертационной работы выражает глубокую'благодарность д.т.и , проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь, к.т.н., доц. Ю.В. Кравцозу за ценные консультации, а также сотрудникам кафедры аэрологии, охран»., труда и окружающей среды за содействие и поддержку при проведении научных исследований.