Содержание к диссертации
Введение
1 . Организация экологического мониторинга на транспорте 11
1.1. Окружающая среда как объект управления в системе экологического мониторинга 11
1.2.Структурные решения системы экологического мониторинга... 24
1.3.Наблюдения за состоянием окружающей транспортной среды 32
Основные результаты 44
2. Оценка воздействия транспорта на окружающую среду 45
2.1 . Очистка грунта от загрязнений железнодорожным транспортом с использованием моющих средств 46
2.2.Оценка влияния ионов тяжелых металлов на загрязнение окружающей среды 57
2.3.Модель рассеяния примеси в атмосферном воздухе от железнодорожного транспорта 64
2.4.Модели и методы диагностирования загрязнений на водной поверхности 70
Основные результаты 78
3. Математическое обеспечение систем экологического мониторинга ... 79
3.1. Метод выбора компонентов систем экологического мониторинга при очистке водных сред 79
3.2.Динамические модели экосистем 86
3.3.Математические модели взаимодействия «человек-экосфера» в рамках транспортной системы 97
Основные результаты 106
4. Компьютеризация оценивания техногенного воздействия на окружающую среду 107
4.1. Система поддержки принятия решений при оценивании влияния загрязнения экосистемы на здоровье человека 107
4.2.Оценивание эффективности эколого-экономических систем 128
Основные результаты 135
Заключение 136
Литература 138
- Окружающая среда как объект управления в системе экологического мониторинга
- Очистка грунта от загрязнений железнодорожным транспортом с использованием моющих средств
- Метод выбора компонентов систем экологического мониторинга при очистке водных сред
- Система поддержки принятия решений при оценивании влияния загрязнения экосистемы на здоровье человека
Введение к работе
Развитие инженерно-транспортной инфраструктуры, рост объема пассажирских и грузовых перевозок, усиление связи с другими регионами, увеличение интенсивности движения транспорта приводит к существенному загрязнению окружающей природной среды.
Эта проблема в последние годы неоднократно являлась определяющей при решении вопросов освоения грузопотоков, строительства портов и новых транспортных магистралей (например, скоростная железная дорога Москва-Петербург), возможности перевозки опасных грузов (нефть, газ и т.п.). Учет экологических требований в проектировании производственно-транспортных систем обосновывает, в настоящее время, 40-60 % капиталовложений на создание систем предотвращения экологических чрезвычайных ситуаций, для недопущения значительных затрат на восстановление природных ресурсов и т.д. Оценка воздействия на окружающую среду является необходимой при реализации проектов транс-портно-производственных систем. Это связано с тем, что функционирование системы «производство - транспорт - потребление» требует единой методологии для обеспечения полного соответствия свойств груза, техники, технологии и экологического контроля. Нарушение, например, технических условий на производство груза может изменить его транспортные свойства, привести к несоответствию с оборудованием в цехах отгрузки и приема груза на комбинатах, транспортных средств доставки и перегрузки в портах. Недопустимое пыление грузов при перевозке может исключить возможность освоения грузопотока, создавая дилемму: изменение технологии производства груза для получения соответствия ТУ или изменение технологии транспортных и погрузо-разгрузочных работ.
Многообразие загрязнителей транспортной системы осложняет выбор методов их идентификации и организацию контроля. Стойкость загрязнителей и скорость их воздействия на окружающую среду, взаимодействие между собой и действие в различной очередности определяют новые, часто более опасные, экологические последствия, что делает необходимым постоянный контроль природного фона и техноантропогенных нагрузок. В связи с этим возникает задача обеспечения экологической безопасности и рационального управления экологической ситуацией на транспорте. Решение указанной задачи в настоящее время идет по пути организации специальных информационно-управляющих систем - систем наблюдений и анализа состояния природной среды, прогноза и управления ее качеством. Такие системы определяются как системы мониторинга состояния окружающей природной среды или экологического мониторинга.
Необходимым условием построения экологического мониторинга является разработка инструментальных средств, обеспечивающих их успешное функционирование. К таким средствам относятся: математическое, алгоритмическое, информационное, методическое, организационное, программное, техническое и другие виды обеспечения.
Вопросы создания систем экологического мониторинга, их организационного и технического обеспечения рассматриваются в целом ряде работ, но применительно к транспортным системам эти вопросы проработаны недостаточно.
Организация постоянного наблюдения за качеством жизненно важных природных сред, обработка и анализ полученных данных при построении экологического мониторинга в транспортных системах должны учитывать её особенности, к которым следует отнести:
1) объекты контроля территориально рассредоточены, а их количество значительно;
2) разнородность транспортных объектов (подвижной состав, погрузо-разгрузочные системы и т.д.);
3) многовариантность возможного состояния контролируемых объектов из-за большой распределенности транспортных систем, а так же многовариантность методов и способов их контроля;
4) в ряде случаев контроль осуществляется оперативно (в силу значительной экологической опасности многих объектов) и в нестандартных ситуациях;
5) ресурсы контроля ограничены; 6) необходимость осуществлять прогнозирование и управление экологической ситуацией.
Отмеченные особенности позволяют рассматривать экологический мониторинг на транспорте как систему регионального (территориального) уровня. Организация экологического мониторинга на транспорте позволяет выявить причины и разработать методы по снижению воздействия на окружающую среду и обеспечить эксплуатационную эффективность транспортного комплекса. Необходимо отметить, что при разработке региональных систем экологического мониторинга, недостаточно уделяется внимания разработке информационных моделей с учетом динамики состояния природной среды, проявления влияния деятельности человека, математического обеспечения обработки и анализа получаемой информации.
Во многом это определяется тем, что полная математическая интерпретация взаимодействия транспортного предприятия с природной и окружающей человека средой достаточно сложна. В связи с малым числом известных функциональных зависимостей между воздействием и реакцией среды, для анализа взаимодействий предприятия с природной и окружающей человека средой применяют качественное описание системного подхода в формализованном виде, что позволяет использовать в конкретных решениях современный математический аппарат, проводить многофакторный анализ и т.д.
Другой особенностью оценки влияния транспорта на окружающую среду, является усложнение объектов анализа, особенно в области принятия управленческих решений. Большинство задач являются многокритериальными, с наличием сложных взаимосвязей и априорной неопределенности. Получение результатов требуется обеспечить в сжатые сроки, что делает обязательным формализацию процессов в экосистеме в виде математических моделей и современных информационных технологий. Что вызывает необходимость разработки инструмента исследований для проигрывания сценариев развития экологической ситуации с целью принятия эффективных управленческих решений. Таким инструментом явля ется, в частности, система поддержки принятия решения, ориентированная на исследуемую проблемную область.
Для принятия адекватных решений о применении природоохранных мероприятий необходимо иметь информацию об их эффективности. Для этого важна разработка методов оценки воздействия транспорта на окружающую среду и способы снижения этого воздействия.
При превышении допустимой антропогенной нагрузки над возможностью самоочищения экосистемы возникает необходимость вводить комплексные мероприятия: введение норм для действующих природопользователеи, сокращение объемов грузопереработки, введение существенных экологических налогов, перераспределение грузопотоков в межгосударственной системе портов при совместной оценке экологических последствий в сопоставлении с экологическими эффектами от освоения грузопотоков, максимального использования экологического инжиниринга, включающего создание приборов, оборудования и устройств, обеспечивающих функционирование системы экологического мониторинга.
В связи с этим прогнозирование реакции экосистем становится все более важной проблемой. Сложность структуры экосистем, недостаток информации о функционировании их компонентов и высокий риск эксперимента над ними вызывают необходимость создания моделей, поддающихся численно-аналитическому исследованию - модели техногенного воздействия на окружающую среду. При управлении качеством окружающей среды необходимо получать информацию не только о вредном воздействии на природу, но и на человеческий организм. В настоящее время не используются модели, связывающие уровень загрязнения окружающей среды с продолжительностью жизни.
При математическом моделировании влияния транспорта на экосистему постановка однокритериальной задачи оптимизации не удовлетворяет потребностям лица принимающего решения (ЛПР), в связи с тем, что построение обобщенных функций полезности (является сложной проблемой). В то же время потребности практики разработки и эксплуатации сложных систем (в том числе и транспортных) требуют учета и согласования значительного числа разнородных требований и целей. При этом важной задачей является разработка подхода к нахождению наилучшего компромиссного решения на априорном знании значений векторной целевой функции задачи в критериальном пространстве.
Функционирование и развитие современных транспортных систем тесно связано с проблемой рационального использованием природных ресурсов и охраной окружающей среды от загрязнений. В связи с этим требуют разработки вопросы создания методологического и математического обеспечения систем эколо-го-экономической оценки эффективности функционирования отдельных транспортных объектов. В связи с этим актуальна разработка вопросов оценки эколого-экономической эффективности функционирования отдельного объекта в конкретных транспортно-производственных и природных условиях.
Целью диссертационного исследования является разработка информационного и математического обеспечения экологического мониторинга территориального уровня, повышающего эффективность оценивания экологической ситуации, оперативность и качество принятия решения в условиях ограниченных ресурсов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- структуризация системных решений при контроле и наблюдении в рамках экологического мониторинга в транспортных системах;
- определение совокупности моделей и методов очистки грунта, описания рассеяния примеси в атмосферном воздухе от загрязнений транспортными объектами;
- формирование математических моделей и методов для расчета: поля яркости для системы «атмосфера-нефтяная пленка-поверхность воды»; оценка распределения центров адсорбции на поверхности твердых тел (метод РЦА); по строения динамической блоковой модели по диаграмме «экозапасы-потоки»; решения задачи упорядочивания в многокритериальной постановке при взаимодействии «человек-экосфера»; - формализованное описание: техногенно-транспортного воздействия на здоровье человека, выбора оптимального варианта минимизации эколого экономического критерия.
Объектом исследования являются процессы, влияющие на окружающую природно-социальную среду под воздействием транспортных объектов.
Предметом исследования являются информационные и математические средства в рамках экологического мониторинга, обеспечивающие снижение воздействия транспорта на окружающую среду.
Методы исследования базируются на использовании системного анализа, теории моделирования динамических систем, теории вероятностей и дискретной оптимизации, теории имитационного моделирования критериального пространства, теории слабоструктурированных нечетких предметных областей и др.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
- осуществлена (в рамках транспортной системы) структуризация системы экологического мониторинга с подсистемами прогнозирования и управления и рекомендациями по восстановлению экосреды;
- сформирована обобщенная совокупность известных и модифицированных моделей и методов как средств для уменьшения влияния железнодорожного транспорта на окружающую среду (почву, атмосферный воздух и водоемы) при загрязнении ее нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов;
- предложена интегральная совокупность моделей, обеспечивающая решение целого комплекса задач, связанных с загрязнением водной поверхности (метод РЦА); почвы (модель «экозапасы-потоки»); атмосферного воздуха (модель «человек-экосфера»);
- рассмотрены вопросы социально-экономического влияния загрязнения окружающей среды транспортной системой на здоровье человека.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в:
- предложенных решениях систем автоматизированного экологического мониторинга, включающих в себя процесс наблюдения, контроля, прогнозирования, управления и устранения последствий загрязнений; - определении методов и средств, позволяющих снизить воздействие железнодорожного транспорта путем обоснования использования применяемых сорбирующих материалов и моющих средств для очистки нефтезагрязненных грунтов;
- формировании для практического применения методики расчета поля интенсивности излучения в системе «атмосфера - нефтяная пленка -поверхность воды»;
- компоновке группы моделей, решающих практические задачи по определению загрязнения окружающей среды (воды, почвы, воздуха);
- рассмотрении влияния техногенного нарушения экосистемы на социальные и экономические сферы.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались на:
- Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-2001»;
- Международной научно-технической конференции «Безопасность транспорта» (г. Санкт-Петербург, 2003г.);
- на кафедральных семинарах 2001-2004 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
Окружающая среда как объект управления в системе экологического мониторинга
Обеспечение в рамках транспортной системы требуемого объема перевозок и экологической защищенности окружающей среды требует организации регулярного контроля за ее состоянием.
Загрязняющее воздействие транспортной системы на окружающую среду проявляется в различных формах (в виде выбросов в атмосферу, загрязнений почвы, воздействий на водную среду и т.д.), каждая из которых характеризуется качественными и количественными показателями. Показатели меняются в зависимости от вида перевозок (грузовой, пассажирский, грузопассажирский, технический), дальности перевозок (магистральный, местный), совмещения с транспортными коммуникациями (автомобильный, железнодорожный и т.д.) и других многочисленных факторов.
Это приводит к тому, что контроль за каждым загрязняющим веществом не возможен, он организуется за интегральным воздействием хозяйственной деятельности на окружающую среду в виде системы наблюдения и оценки состояния окружающей среды под влиянием воздействия. В связи с этим возникает задача организации экологического мониторинга на транспорте, выполняющего управление состоянием окружающей среды и процессами загрязнения.
Для анализа вопросов управления состоянием окружающей среды используем понятие геоэкологической системы [1,2, 77], в которой геофизическая среда - совокупность неживых объектов и протекающих в них процессов будет являться объектом управления. Как и любая система, геоэкологическая система включает, наряду с объектом управления, также и управляющую систему. В геоэкологической системе управляющая система достаточно сложна. В связи с этим целесообразно ограничить предмет исследования рамками непосредственных воздействий достаточно крупного масштаба, осуществляемых большими социальными группами или оказывающих существенное влияние на значения параметров среды, которые существенны для больших социальных групп. Тогда управляющей системой можно считать общество в целом, и включающее человека, а также хозяйственную, транспортную, социально-культурную и управленческую сферы его деятельности (рис. 1.1).
Приведенная структура носит схематический характер. Общество воздействует на геофизическую среду не как целое, а через посредство лишь одной или нескольких входящих в него подструктур, в том числе, транспортную. По этой причине в конкретных задачах управления в качестве управляющей системы будут использоваться административные и технические службы различного уровня, которые созданы внутри общества для выполнения соответствующих функций. Наряду с этим существуют задачи управления геоэкологической средой, где нельзя не рассматривать влияние общества в целом на соответствующую службу, т.е. в которых управляющее воздействие исходит от общества в целом, а специализированная служба играет роль посредника между обществом и геоэкологической средой.
Управление состоянием геоэкологической природной среды представляет собой сложную задачу вследствие специфических особенностей этого объекта. Применение разработанных в других областях кибернетических методов и подходов наталкивается на ряд трудностей, обусловленных следующими факторами: 1. Геоэкологические процессы недостаточно исследованы (идентифицированы) как объекты управления. Отсутствуют адекватные реальным процессам математические модели многих геоэкологических объектов, особенно в транспортной среде. Некоторые модели или являются чрезвычайно упрощенными, или носят характер научных гипотез. Это относится к сейсмическим процессам, природе земных токов, крупномасштабным атмосферным процессам, транспортной сети страны и т.д.
Математические модели геоэкологических процессов весьма сложны. Практически все они многомерны и описываются уравнениями в частных производных. Анализ и синтез систем управления такими системами требует развития теории управления, разработанной, в основном, для систем с сосредоточенными параметрами, которые не всегда пригодны к транспортным системам.
Рассмотрим задачу управления в системе экологического мониторинга на транспорте. В наиболее общей форме задача управления состоянием окружающей среды на транспорте можно представить как совокупность управляющих воздействий U, обеспечивающих экстремум (максимум или минимум) некоторого функционала, обычно называемого целевым функционалом или функционалом цели - функция распределения вероятностей значений контролируемых переменных состояния окружающей среды Y в зависимости от времени t, Fe(Ye,t) -функция распределения неконтролируемых воздействий на окружающую среду Ye, Fg(Y,t) - желаемое распределение переменных состояние окружающей среды на транспорте, т.е. то, которое предполагается сформировать в результате управляющих воздействий.
Очистка грунта от загрязнений железнодорожным транспортом с использованием моющих средств
Особенности загрязнения почв и грунтов нефтепродуктами при железнодорожных перевозках обусловлены следующими факторами: -широкий спектр нефтезагрязняющих веществ; -трансформация нефти и нефтепродуктов в окружающей среде вследствие пространственного и временного перераспределения органических соединений в почвах и фунтах за счет большого диапазона растворимости, летучести органических соединений, адсорбционных свойств среды. Это приводит к двум основным типам нефтезагрязнения: «застаревшее» - с различными сроками нахождения в почве, характеризующееся глубокими структурными изменениями и «свежее» - не претерпевшее глубоких структурных изменений. Одним из основных способов ликвидации нефтезагрязненных грунтов на объектах железнодорожного транспорта является механический метод очистки с удалением нефтезагрязненного грунта и засыпкой на его место чистого, в качест ве которого используется песок. В связи с этим возникает задача очистки песчаных нефтезагрязненных грунтов в условиях локомотивных и вагонных депо. При этом свежее загрязнение грунта можно смоделировать в лабораторных условиях, а в качестве застарелых образцов нефтезагрязненного грунта следует исследовать натурные грунты, отобранные на предприятии железнодорожного транспорта. В качестве модельного грунта можно использовали песок, отвечающий гранулометрическому составу, применяемому при насыпке баластной призмы железнодорожного пути. В качестве загрязняющих веществ грунта в работе [29] были использованы: 1) нефть товарная (получена на НПЗ «Киришинефтеоргсинтез»); 2) отработанное моторное масло дизельных двигателей локомотивов (отобранное из емкости для хранения отработанных моторных масел локомотивного депо ТЧ-21 ст. Волховстрой Окт. ж.д.); 3) мазут топочный марки М-100, использующийся в качестве топлива в котельной локомотивного депо ТЧ-15 Ленинград - Балтийский Окт. ж.д. Выбор нефтепродуктов определялся следующими причинами. Железнодорожный транспорт до настоящего времени является ведущим в России по перевозкам товарной нефти и нефтепродуктов к потребителям. При этом возможность утечек из цистерн, аварийных разливов достаточна высока. Мазут топочный был выбран как наиболее тяжелая фракция переработки нефти. Кроме того, большинство котельных на предприятиях железнодорожного транспорта используют мазут в качестве топлива. Отработанное моторное масло является одним из основных загрязнителей на территориях депо из-за утечек, вызванными неплотностями в узлах и деталях локомотивов. Исследования загрязнения песчаного грунта проводились по следующей схеме: порции грунта весом по 1 кг помещались в пластиковые бутылки и заливались: нефтью, отработанным моторным маслом и мазутом. По данным [29] были выбраны три исходные концентрации каждого загрязняющего вещества для получения слабозагрязненного грунта - концентрация нефтепродуктов не более 15 г/кг; среднезагрязненного - 20 - 30 г/кг; сильнозагрязненного - более 40 г/кг. Со держание нефтепродуктов в залитом грунте определяется на основе проводимого анализа по стандартной методике. Результаты количественного определения нефтепродуктов в лабораторных образцах грунта приведены в таблице 2.1 Таким образом было получено девять проб грунта свежезагрязненного тремя различными загрязняющими веществами. Содержание нефтепродуктов в пробах соответствует грунтам слабозагряз-ненным (интервал загрязнений от 7,3 до 8,4 г/кг); среднезагрязненным (интервал от 22,4 до 24,3 г/кг); сильнозагрязненным (45-48 г/кг). По сравнению со свежим загрязнением, где известен тип разлитых нефтепродуктов, нефтезагрязнение, уже имеющиеся на предприятии железнодорожного транспорта, представляет собой чрезвычайно сложный объект для исследования. Практически невозможно идентифицировать тип нефтепродуктов, разлитых на данном участке. Невозможно точно определить срок разлива. Разрешение этого вопроса осложняется разнообразием нефтепродуктов, перевозимых железнодорожным транспортом и применяемых на предприятиях железнодорожного транспорта, многофакторностью их преобразования в окружающей среде, и постоянными дополнительными утечками нефти и нефтепродуктов. Учитывая это для применения физико-химического метода очистки грунта становиться важным оценить процессы, происходящие с нефтепродуктами в натурных условиях предприятий железнодорожного транспорта. Рассмотрим результаты исследования [29] на предприятии железнодорожного транспорта было выбрано локомотивное депо ТЧ-21 ст. Волховстрой Октябрьской железной дороги. Пробы грунта во время эксперимента отбирались как в местах активного функционирования техники и проведения разного рода работ, так и на участках, где движение локомотивов или другой техники происходит редко. Отбор проб проводился из межрельсового пространства на всю глубину песчаной подсыпки, которая в среднем составила от 15 до 25 см [29]. На следующем этапе из 50 проб натурного нефтезагрязненного грунта были использованы три пробы. Такой выбор определялся следующими условиями. Во-первых, гранулометрический состав выбранных проб (табл.2.2) практически совпадал между собой и с гранулометрическим составом песка, использованного для создания лабораторных образцов нефтезагрязненных грунтов. Во-вторых, учтен результат группового ИК-спектроскопического анализа. Как и в случае с лабораторными образцами грунта, в натурном грунте определялось количественное содержание нефтепродуктов методом ИК-спектроскопии (табл.2.3). Результаты исследования показали, что по содержанию нефтепродуктов пробы натурного грунта относятся к сильнозагрязненным. Максимальное содержание нефтепродуктов зафиксировано в пробе №1 - 132 г/кг. Таким образом был получен максимально возможный набор нефтезагряз-ненных грунтов: пробы свежего загрязнения лабораторных образцов с тремя типами нефти и нефтепродуктов от слабозагрязненных до сильнозагрязненных и пробы натурного грунта, охватывающие наиболее общие этапы трансформации нефти и нефтепродуктов в грунтах. Исследованные пробы натурного грунта максимально отличаются между собой по составу органических соединений, охватывают возможные варианты трансформации нефти и нефтепродуктов в песчаных грунтах, и, в общих чертах, совпадают с процессами в нефтезагрязненных почвах. Этапы трансформации нефти представлены ниже.
Метод выбора компонентов систем экологического мониторинга при очистке водных сред
Разработка и применение систем экологического мониторинга (СЭМ) как автоматизированных информационных систем, требует создания инструментальных средств, обеспечивающих их успешное функционирование. К таким средствам относятся: математическое, алгоритмическое, информационное, методическое, организационное, программное, техническое и др. обеспечения. Некоторые из них в той или иной степени рассмотрены ранее и в дополнение к ним следует рассмотреть ряд методов, которые облегчают работу экозащитных систем. при очистке водных сред
К числу важнейших факторов, обуславливающих загрязнение водной среды, относятся ионы тяжелых металлов (ИТМ). Попадание в воду тяжелых металлов связано с деятельностью целого ряда отраслей промышленности. Одними, из наиболее распространенных являются ионы таких металлов, как железо и марганец, удаление которых возможно поглощением их активной фильтрующей загрузкой с последующей утилизацией отработанного фильтрующего материала в обжиговой керамике.
В настоящее время затруднителен прогноз свойств экозащитных твердых тел (СЭТТ). В связи с этим рассмотрим возможность использования для оценки и прогнозирования СЭТТ для очистки водных потоков индикаторного метода. Указанный метод был предложен Нечипоренко А.П. для исследования распределения центров адсорбции (РЦА) на поверхности твердых тел и изучение корреляции между содержанием определенных центров адсорбции на поверхности твердых тел и активностью поверхности, и, соответственно, эффективностью применения твердых тел в качестве экозащитных.
Рассмотрим возможность применения метода РЦА как наиболее информативного для выявления экозащитных свойств материалов. священные термодинамике твердых тел, а также работ Алесковского В.Б., Нечи-поренко А.П., Корсакова В.Г. и др. по исследованию поверхности твердого тела методом РЦА, Комохова П.Г., Шангиной Н.Н. - по природе поверхности заполнителей в бетонах, Сватовской Л.Б., Панина А.В., Шершневой М.В. - по термодинамическому прогнозу экозащитных свойств твердых тел, позволим сделать вывод, что, экозащитные свойства обусловлены как строением и термодинамическими характеристиками, так и природой поверхности твердого тела. Особенно следует отметить вклад в создание новых экозащитных материалов с активной поверхностью работы кафедры ПГУПС (Дикаревский B.C., Иванов В.Г., Петров Е.Г.).
В теории электронного строения поверхности твердого тела важную роль играют: представления, о твердых кислотах и основаниях в донорно-акцепторной модели активных центров. Согласно современным теориям, поверхность твердого вещества бифункциональна, так как представляет собой совокупность центров Льюиса и Бренстеда как кислотного, так и основного типов.
Большинство процессов, протекающих с участием поверхности твердых веществ, носят локальный характер и во многом определяются энергетическими параметрами конкретных активных центров. В связи с этим особую важность приобретает исследование спектра распределения центров адсорбции (РЦА) по кислотно-основному типу и характера его изменения в зависимости от тех или иных условий.
Индикаторный метод позволяет количественно оценить способность твердого вещества адсорбировать соединение определенной кислотно-основной природы из растворов [35]. Изучая адсорбцию широкого набора индикаторов (рКа которых лежит в интервале от -4,4 до +14,2), можно получить наглядную картину распределения на поверхности твердого вещества активных центров по их кислотно-основным (до-норно-акцепторным) свойствам, характеризуемым величиной рКа. При этом ЧрКа = f\PKa) - зависимость, которая дает представление о количественном содержании активных центров, эквивалентное рКа данного индикатора в стандартных условиях. На рисунке 3.1 показаны варианты РЦА на поверхности некоторых искусственных и природных материалов, различный характер которых говорит о многообразии их свойств. В целом, метод РЦА является информативным для прогнозирования селективной адсорбции веществ различной природы на определенных активных центрах, что позволяет получать сведения о потенциальных экозащитных свойствах материалов. Используя механизм образования бренстедовских и льюисовских центров кислотного и основного типов, можно определить классификационные признаки поверхности в системе метода РЦА и природе загрязняющих веществ (табл.3.1) Для подтверждения предложенной классификации были выбраны следующие материалы [36]: -пенобетон (измельченный) как современный искусственный материал; -доменный гранулированный шлак как техногенный материал с ранее исследованными экозащитными свойствами; -песок как природный материал. В ходе исследования предложенные материалы насыщались ИТМ, а именно железом и марганцем (выбор которых определен их наличием в стоках от транспорта), изучении распределения активных центров на поверхности материалов до и после поглощения ИТМ и расчете поглотительной емкости этих материалов.
Система поддержки принятия решений при оценивании влияния загрязнения экосистемы на здоровье человека
На сегодняшний день не используются модели, связывающие уровень загрязнения окружающей среды с продолжительностью жизни. Анализ существующих математических моделей [60] показывает, что они описывают влияние загрязняющих веществ на заболеваемость и смертность только для больших групп населения (взрослые, дети; мужчины, женщины и т.д.), на основе которых невозможно оценить изменение продолжительности жизни. Оценка заболеваемости и смертности в лучшем случае осуществляется в обобщенном виде, в худшем случае она просто некорректна. В связи с этим остается актуальной задача оценки техногенного транспортного воздействия на здоровье и продолжительность жизни человека. Существующие модели обладают следующими недостатками: - смысловой некорректностью (в линейных моделях регрессии присутствуют отрицательные коэффициенты, искажающие характер влияния загрязнителей на здоровье человека). - неоднозначностью результатов (при этом разница оцениваемых коэффициентов может достигать нескольких раз), - методическими погрешностями (полученные коэффициенты слишком завышены вследствие неправильного учета совокупности загрязняющих факторов от воздействия транспорта). Такое положение объясняется тем, что имеющаяся информация неполна, часто противоречива и недоступна для точного измерения в виду стохастического влияния транспортного воздействия. Вместе с тем результаты статистических исследований, а также знания экспертов, позволяют построить комбинированную модель техногенного (транспортного) воздействия на здоровье и продолжительность жизни человека, учитывающую противоречивость и разнородность информационного пространства, характерной для данной предметной области. Хотя при проектировании транспортного объекта в режимы его функционирования закладывается принцип экологической чистоты (установлено более 600 ПДК в селитебных зонах, более чем для 1200 веществ; установлены безопасные ориентировочные уровни воздействия, определены нормы предельно допустимых выбросов в атмосферу и нормы предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ в водные объекты), транспортные системы и центры промышленного производства находятся в сложной экологической ситуации. Ее основными причинами являются следующие: -отсутствие очистных сооружении и установок (1/3 всех источников загрязнений не имеют очистных установок): -частая поломка или низкая эффективность имеющихся очистных сооружений (1/5 всех пылегазоочистных установок не работает или работает неэффективно, только половина сточных вод очищаются до установленных нормативов); -экологическое несовершенство технологических процессов. Большое число работ посвящено вопросам разработки эффективных очистных сооружений в транспортных узлах, внедрению новых безотходных или малоотходных технологий. Установка такого оборудования требует значительных капитальных вложений, что на современном этапе для многих российских транспортных предприятий является крайне затруднительным. В связи с этим предлагается другой подход, который состоит в следующем: выбирать технологические режимы, объем загрязняющих веществ (ЗВ) от которых будет минимальным или соответствовать существующим нормативам. Такой режим назовем условно экологическим, а саму задачу - задачей выбора условно экологического режима. Наличие очистных сооружений при таком подходе только усилит выходной эффект (т.е. уменьшит объем загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду (ОС) от транспортных процессов), а сами условно экологические режимы будут способствовать меньшему износу очистных сооружений, их более эффективной работе. При этом одной из главных целей формирования кадрового потенциала промышленного и транспортного производства становится подготовка специалиста с экологической культурой
Включив экологическую подсистему в интеллектуальные компьютерные тренинговые системы (ИКТС), можно формировать у эксплуатационно-технического персонала (ЭТП) экологические навыки, экологическую культуру поведения, чувство ответственности за свои технологические «действия».
Одним из основных компонентов ИКТС подготовки ЭТП экологически опасного транспортного производства является модель техногенного воздействия (МТВ), связывающая уровень загрязнения окружающей среды с состоянием здоровья человека и продолжительностью жизни.
При оценке уровня загрязнения в результате мониторинга окружающей среды (простых измерений концентраций ЗВ) предлагаемая модель может использоваться в общепринятой гигиенической практике для оценки и анализа состояния здоровья населения, для прогноза последствий размещения того или иного транспортного объекта и принятия решений при его проектировании, модернизации и оценки экологического ущерба.
Кроме того, модель техногенного воздействия предлагается использовать для профотбора персонала. Человек, работающий на экологически опасном транспортном объекте, должен сознавать степень риска и его возможные последствия для своего здоровья.
