Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ процедур и моделей управления экологической безопасностью горнопромышленного района 10
1.1 Оценка состояния и взаимосвязей экологической и социальной обстановки горнопромышленных районов 10
1.2 Процедуры и модели управления экологической безопасностью горнопромышленного района 24
1.3 Механизмы управления экологической безопасностью горнопромышленного района 30
1.4 Аналитический обзор малоотходных и безотходных технологий переработки отходов горнопромышленных районов 38
1.5 Выводы, обоснование актуальности разработки организационно-технологического механизма управления экологической безопасностью горнопромышленного района, цели и задачи исследования 43
Глава 2 Концепция, комплекс показателей оценки и организационно-технологический механизм управления экологической безопасностью горнопромышленного района 46
2.1 Развитие концепции повышения уровня экологической безопасности горнопромышленного района 46
2.2 Комплекс показателей оценки уровня экологической безопасности горнопромышленного района 59
2.3 Организационно-технологический механизм управления экологической безопасностью горнопромышленного района 71
2.4 Выводы по второй главе 88
Глава 3 Разработка процедур формирования и выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон 89
3.1 Процедура формирования сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон 89
3.2 Процедура выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон 97
3.3 Разработка сценариев повышения уровня экологической безопасности города Новокузнецка в условиях функционирующих углеобогатительных фабрик 103
3.4 Выводы по третьей главе 121
Глава 4 Конкретизация компонентов организационно технологического механизма управления экологической безопасностью (в условиях Таштагольского муниципального района) 122
Заключение 139
Список литературы 141
Приложение А Справки о внедрении 160
- Процедуры и модели управления экологической безопасностью горнопромышленного района
- Комплекс показателей оценки уровня экологической безопасности горнопромышленного района
- Процедура выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон
- Конкретизация компонентов организационно технологического механизма управления экологической безопасностью (в условиях Таштагольского муниципального района)
Введение к работе
Актуальность темы. На протяжении последних десятилетий перманентно усиливаются негативные воздействия отраслей промышленности на окружающую среду и социум, при этом существенное влияние оказывают предприятия горнопромышленных районов. Под горнопромышленным районом понимается административная территория, обладающая концентрацией объектов горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности, которые вносят существенный вклад в социально-экономический потенциал территории. В этой связи влияние экологической обстановки и показателей социума на социально-экономическое развитие обуславливают актуальность решения задачи повышения уровня экологической безопасности (ЭБ).
Большинство известных механизмов управления экологической безопасностью направлено на лимитирование уровня загрязнения природной среды за счет штрафов и ограничивающих воздействий, практически отсутствует интеграция поэтапных процессов природопользования, переработки и рекультивации. Традиционные механизмы рационального природопользования не учитывают специфику горнопромышленных районов, что приводит к снижению продолжительности жизни, увеличению количества профзаболеваний и миграции населения. Следовательно, образуемые и накопленные отходы являются одной из причин ухудшения экологического состояния горнопромышленных районов, увеличения их негативного влияния на социум и снижения уровня ЭБ.
Повышение уровня жизни населения посредством использования и ликвидации отходов производства, восстановления земель с последующей постройкой рекреационных зон обуславливают научную задачу научно-квалификационной работы, имеющую существенное значение для социально-экономического развития горнопромышленных районов страны – разработка организационно-технологического механизма управления ЭБ горнопромышленного района, обеспечивающего интеграцию процессов поэтапной переработки отходов, рекультивации земель и создания рекреационных зон, являющегося инструментарием формирования управляющих решений по повышению уровня ЭБ и реализации полного цикла рационального природопользования.
В данной работе под организационно-технологическим механизмом управления (ОТМУ) ЭБ понимается совокупность процедур принятия и реализации управляющих решений, связанных с внедрением технологий и безотходных производств, направленных на обеспечение полного цикла рационального природопользования.
Актуальность темы диссертации подтверждена выполнением научно-исследовательских работ в рамках реализации Минобрнауки РФ проекта развития кооперации российских вузов и производственных предприятий по созданию высокотехнологичного производства (договор № 13.G25.31.0082, 2010-2012 гг.) и государственного контракта № 16.515.11.5003 от 29.04.2011 г. «Выбор направления исследований переработки техногенных угольных и нерудных образований с получением топливных брикетов» (тема НИР: «Выполнить ис-
следования и разработать комплекс по переработке техногенных угольных и нерудных образований с получением топливных брикетов»).
Целью диссертации является разработка ОТМУ, процедур формирования и выбора сценариев, комплекса показателей оценки, обеспечивающих рациональное природопользование и эффективное эколого-экономическое устранение последствий техногенных воздействий, для повышения уровня ЭБ горнопромышленного района.
Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
-
анализ процедур и моделей управления ЭБ горнопромышленного района;
-
развитие концепции повышения уровня ЭБ горнопромышленного района;
3) разработка комплекса показателей оценки уровня ЭБ горнопромыш
ленного района;
4) разработка ОТМУ ЭБ горнопромышленного района;
-
разработка процедур формирования и выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон;
-
конкретизация компонентов ОТМУ ЭБ (в условиях Таштагольского муниципального района).
Методы исследований: 1) статистический анализ данных – для обоснования актуальности разработки ОТМУ ЭБ горнопромышленного района; 2) методы системного анализа – для развития концепции повышения уровня ЭБ горнопромышленного района; 3) математическое моделирование – для тестовых экспериментов и исследований комплекса показателей оценки уровня ЭБ; 4) методы теории управления организационными системами, теории алгоритмов – для создания ОТМУ ЭБ; 5) Парето-оптимизация, методы экспертных оценок и ранжирования множества решений – для выбора сценариев; 6) методы теории адаптивных систем – для реализации и корректировки разработанных механизма и процедур повышения уровня ЭБ.
Научная новизна.
1. Развитие концепции повышения уровня экологической безопасности
горнопромышленного района, отличающееся направленностью на переработку
и ликвидацию отходов интегрированных комплексов строящихся, мигрирую
щих и ликвидированных предприятий с получением дополнительной продук
ции, снижением эколого-экономических расходов на всех этапах жизненного
цикла предприятия и увеличением уровня жизни населения.
-
Комплекс показателей оценки уровня экологической безопасности, отличающийся учетом экологических, экономических и социальных аспектов процессов переработки и ликвидации отходов на основе реализации безотходных и малоотходных производств для согласования интересов государства, собственников и инвесторов.
-
Организационно-технологический механизм управления экологической безопасностью горнопромышленного района, отличающийся общей алгорит-
мической структурой, базирующейся на календарном планировании, параллельных процедурах поэтапных процессов переработки и восстановления нарушенных земель, для снижения затрат не менее чем на 12%.
4. Процедуры формирования и выбора сценариев, ориентированных на интеграцию процессов переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон, отличающихся структурой компромиссных решений, базирующихся на интегральных показателях и ранжировании Парето-оптимального множества решений, обеспечивающих высокий уровень экологической безопасности.
Практическая значимость. Развитие концепции повышения уровня ЭБ предлагается использовать при разработке стратегий и комплексных программ развития горнопромышленного района. Комплекс показателей оценки уровня ЭБ рекомендуется использовать для экологической экспертизы горнопромышленных предприятий. ОТМУ ЭБ предлагается применять для разработки проектной документации, повышения квалификации персонала, подготовки резерва руководящего состава горнопромышленных предприятий, эколого-экономической оценки и организации процессов поэтапной переработки и восстановления нарушенных земель.
Реализация результатов работы. Результаты исследований и рекомендации использованы при выполнении проектов по переработке лежалых отходов хвостохранилищ ООО «Мундыбашская обогатительная фабрика», выполненных Администрацией Таштагольского муниципального района, в работах по оценке состояния гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов объектов Сибири и Дальнего Востока, при разработке проектов мониторинга безопасности отвалов и документации по консервации накопителей отходов, выполненных Новационной фирмой «КУЗБАСС-НИОГР». Достоверность реализации подтверждена справками о внедрении.
Предмет защиты. На защиту выносятся: 1) развитие концепции повыше
ния уровня ЭБ горнопромышленного района, обеспечивающее рациональное
природопользование и снижение эколого-экономического ущерба; 2) комплекс
показателей оценки уровня ЭБ, обеспечивающий интеграцию социальных, эко
логических и экономических аспектов, для корректировки существующих стра
тегий и программ развития, направленных на повышение уровня ЭБ; 3) ОТМУ
ЭБ горнопромышленного района, обеспечивающий увеличение эколого-
экономического эффекта за счет поэтапного снижения природоохранных вы
плат и затрат, для завершения полного цикла рационального
природопользования; 4) процедуры формирования и выбора сценариев перера
ботки отходов, восстановления нарушенных земель и создания зон отдыха,
обеспечивающие отбор сценариев, ориентированных на эффективное использо
вание социально-экономического потенциала и высокий уровень ЭБ; 5) резуль
таты конкретизации ОТМУ ЭБ на основе программирования, обеспечивающие
реализацию безотходных технологий с последующей рекультивацией земель
(в условиях Таштагольского муниципального района).
Личный вклад автора заключается: в развитии концепции повышения уровня ЭБ; в разработке комплекса показателей оценки уровня ЭБ, учитывающего экологические, экономические и социальные аспекты процессов переработки отходов; в определении структуры ОТМУ ЭБ горнопромышленного района на основе параллельных процедур; в разработке процедур формирования и выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания зон отдыха; в разработке рекомендаций повышения уровня ЭБ в условиях Таштагольского муниципального района.
Апробация работы. Материалы диссертации и ее основные положения докладывались и обсуждались на следующих конференциях: II Всероссийской научно-практической конференции «Инновационная энергетика» (Новосибирск, 2010); V Международной научно-практической конференции «Менеджмент в социальных и экономических системах» (Пенза, 2013); III Всероссийской конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ре-сурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2014); Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2014); V Международной научно-практической конференции «Институты и механизмы инновационного развития: мировой опыт и российская практика» (Курск, 2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 8 – в изданиях, рекомендованных ВАК, из них 2 статьи в журналах, индексируемых Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 162 наименований, содержит 159 страниц основного машинописного текста, 16 таблиц и 50 рисунков.
Процедуры и модели управления экологической безопасностью горнопромышленного района
В настоящее время для улучшения экологической обстановки применяются различные процедуры управления ЭБ: рациональное природопользование, повышение качества продукции и отходов, создание экологических фондов и другие. К известным процедурам управления ЭБ относятся следующие:
1. Размещение отходов в угольных шахтах (представлено в работах В.В. Агафонова [1], А.С. Малкина [63], С.М. Попова [105]). При подземном спо собе угледобычи имеется потенциальная возможность использования подземных пространств не только для основных процессов горнопромышленного производ ства, но и для других видов деятельности: использование горных выработок для размещения и хранения отходов потребления, что позволит получить дополни тельный доход для добывающей компании. Указанная процедура широко приме няется в Европейских странах.
2. Повышение качества и безотходное использование минеральных ресурсов (посвящена работа И.Т. Трунова [128]) направлено на повышение качества шихты посредством автоматических систем управления, сокращение потерь полезного компонента в отходы, увеличение качества всей возникающей продукции. Указанная процедура учитывает технологические свойства сырья на всех стадиях производства продукции, обеспечивает укрепление дна и плоскостей отвалов, планировку пространства отстойника, устойчивых откосов, насыпку плодородного грунта.
3. Составление природно-ресурсных кадастров [2, 86]. Кадастровый перечень разрабатывается в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации. Устанавливаются лимиты использования полезных ископаемых, определяются платы за их использование. При оценке и составлении кадастров недостаточно полно и достоверно отражается информация о количестве, качестве, параметрах отдельных видов природных ресурсов, социально экономическом состоянии в границах административно-территориального образования.
4. Комплексное природопользование широко используется за рубежом (представлено в работе Н.Ф. Реймерса [113]) и состоит из следующих мероприятий [162]:
– предотвращение или снижение образования отходов;
– разделение отходов по источникам их образования;
– вторичное использование отходов путем возврата в производственный процесс;
– рециклинг – обработка отходов с целью получения из них новых видов сырья или продукции;
– обезвреживание отходов с целью снижения их опасности для природной среды;
– захоронение отходов – наименее предпочтительная альтернатива управления отходами.
В отличие от зарубежных процедур, лицензия на комплексное недропользование в законодательстве Российской Федерации выдается только на один вид природного ресурса [2].
5. Рекультивация земель в зарубежной (представлено в работах А.М. Адама [2], С. Кнаппа, Ю. Хаферкорна [155]) и отечественной практиках (работы И.М. Гаджиева, В.М. Курачева, В. А. Андроханова и Б. П. Колесникова) [29, 53] направлена на восстановление плодородия земель, воссоздание оптимальных культурных ландшафтов с почвенно-растительным покровом. В условиях Российской Федерации типовые проекты рекультивации нарушенных земель зачастую являются неактуальными и не соответствующими современному состоянию экономики, экологии и социума (по мнению И.М. Гаджиева, В.М. Курачева и В.А. Андроханова) [29, 51].
6. Классификация техногенного сырья горнопромышленных предприятий (посвящена работа М.В. Рыльниковой [116]). Осуществляется по критерию ресурсной ценности сырья без учета инвестиционного потенциала и производственных мощностей горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий. При этом может возникнуть отрыв классификации сырья от всех технологических возможностей предприятия в комплексе. Поэтому возникает задача управления, связанная с выбором из альтернативных вариантов утилизации и безотходного производства в совокупности с имеющимися финансовыми и производственными ресурсами [8, 41].
7. Повышение эффективности эколого-экономической системы (разработанный Е.В. Чередниковым) [132]. Учитывает объем выбросов загрязняющих веществ и направлено на снижение отрицательного воздействия на природную среду с частичным внедрением технологий переработки. Часть образующихся отходов горнопромышленного производства попадает в окружающую среду, а другая используется в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Устранение негативных факторов осуществляется при среднесрочном и долгосрочном планировании эколого-экономических показателей системы.
8. Создание типовых фондов рекультивации. Практический опыт управления нарушенными землями в западных странах показывает [94], что одним из важных компонентов восстановления земель является создание специального Фонда рекультивации земель (промышленные штаты США Индиана, Огайо, Пенсильвания, Западная Виргиния и др.). В результате, в этих странах нарушенных земель практически не осталось. В Российской Федерации отечественные исследователи (Ю.А. Манаков, А.Н. Куприянов, И.М. Гаджиев, В.М. Курачев, В.А. Андраханов [29, 53, 64]) предлагают создать в Кемеровской области региональный некоммерческий Фонд рекультивации нарушенных земель, который должен финансироваться за счет функционирующих горнопромышленных предприятий. Сотрудничество горнодобывающих компаний с Фондом предполагается строить на взаимовыгодной основе: за переданные деньги предприятия в оговоренные сроки получат конкретный результат – акт приемки-сдачи рекультивированных земель – документ, на основании которого будет проводиться перевод земель, из состава земельного отвода предприятий во владение другого собственника. Схема работы фонда представлена на рисунке 1.12 [64].
Средства Фонда могут складываться не только из платежей горнопромышленных предприятий, но и за счет федерального или регионального бюджетов, добровольных взносов и пожертвований и других, незапрещенных законом денежных поступлений. Нормы распределения денежных средств фондов различных уровней установлены на основании законодательства Российской Федерации: 60 % направляется на финансирование природоохранных программ местного (городского, районного) уровня, 30 % – регионального, краевого, областного и 10 % – федерального и межрегионального уровней соответственно [64].
Как правило, доля средств экологических фондов в капительных вложениях остается незначительной (5-8 % [94]). Денежные средства, полученные от приро-допользователя за счет налогов, платежей и сборов перечисляются на бюджетные счета, которые в свою очередь используются для последующего финансирования мероприятий по охране окружающей среды.
В этой связи, существует большое количество процедур, направленных на повышение уровня ЭБ, которые базируются на управлении качеством, безотходным и малоотходным использованием ресурсов, рекультивации нарушенных территорий после ликвидации предприятия за счет создания экологических фондов по сохранению окружающей среды. Существенное отличие отечественных процедур от зарубежных аналогов заключается в различии законодательной базы, условий экологических взысканий, а также в подходах к добыче и переработке сырья и рациональному природопользованию.
Комплекс показателей оценки уровня экологической безопасности горнопромышленного района
На основе выявленных взаимосвязей (параграф 1.1) и предложенного развития концепции повышения уровня ЭБ для конкретизации ее структуры необходимо разработать показатели, объединяющие социум, экологию и экономику: экономический эффект (F1); площади восстановленных земель (F2); объем загрязнений (F3); численность населения горнопромышленных районов с нормативными показателями (F4); предотвращенный объем загрязнения на душу населения (F5).
Неблагополучная экологическая ситуация в горнопромышленных районах сложилась по причине большого количества накопленных и образуемых отходов, отчужденных земель под их складирование. При этом снижение качества жизни населения (рост безработицы) произошло по причине сложившейся экологической обстановки. Следовательно, вышеперечисленные показатели повышения уровня ЭБ горнопромышленного района обусловлены направленностью на:
– внедрение безотходных и малоотходных технологий с учетом их экономической эффективности, капитальных затрат для поддержания основного производства (F1);
– рекультивацию нарушенных земель для уменьшения техногенной нагрузки предприятий (F2);
– отходоемкость производства для снижения и предотвращения образования техногенных ресурсов (F3);
– создание новых рабочих мест, увеличение численности населения с нормативными социокультурными показателями для улучшения социальной обстановки (F4);
– предотвращение экологического ущерба в результате деятельности производств (F5).
Следовательно, комплекс показателей учитывает специфику горнопромышленных районов и позволяет согласовать интересы государства (снижение уровня безработицы, миграции, отходоемкости, экологического ущерба), собственников (получение из отходов дополнительной продукции) и инвесторов.
В соответствии с этим, разработана модель процесса переработки отходов горнопромышленных предприятий, которая представлена на рисунке 2.8.
На входе модели постоянные и переменные затраты, площадь нарушенных земель горнопромышленного предприятия, рабочие места, технологии переработки отходов и рекультивации, параметры отходов (химический и гранулометрический состав, объем, марка и т.д.). На выходе - экономический эффект, площадь восстановленных территорий горнопромышленного предприятия, новые рабочие места, экологоемкость производства, предотвращенный социально-экологический ущерб. Ограничения характеризуются законодательными нормами, планом, инструкциями.
Для принятия управляющих решений оценки и повышения уровня ЭБ горнопромышленного района разработан комплекс показателей оценки уровня ЭБ, который представлен ниже [136, 138, 149].
1) Экономический эффект внедрения проекта по переработке отходов и созданию зон отдыха на рекультивированных территориях, Fi [138]:
2) покупные изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера сторонних организаций;
3) возвратные отходы;
4) вспомогательные материалы;
5) топливо и энергия на технологические цели;
6) основная заработная плата производственных рабочих;
7) дополнительная заработная плата производственных рабочих (устанавливается, в процентах к основной заработной плате);
8) отчисления на социальные нужды (включают отчисления в пенсионный фонд, фонд обязательного медицинского страхования, фонд занятости, фонд социального страхования. Отчисления на социальные нужды производятся от суммы основной и дополнительной заработной платы в размере 30,2 %);
9) расходы на подготовку и освоение производства;
10) расходы на содержание и эксплуатацию оборудования: амортизация оборудования и транспортных средств; затраты на эксплуатацию оборудования (топливо, энергия); затраты на ремонт;
11) общезаводские расходы: содержание аппарата управления цехом; содержание прочего персонала; амортизация зданий, сооружений, инвентаря; затраты на содержание зданий, сооружений, инвентаря; ремонт; испытания, рационализаторство, изобретательство; затраты на охрану труда; затраты, связанные с управлением предприятием; подготовка кадров; сборы и отчисления; расходы на оплату процентов по полученным кредитам банков (за исключением ссуд, связанных с приобретением основных средств, нематериальных и иных внеоборотных активов); остальные расходы аналогичны цеховым расходам.
12) потери от брака;
13) прочие производственные расходы;
14) внепроизводственные расходы (коммерческие расходы): расходы на доставку готовой продукции; прочие сбытовые расходы.
Изменение себестоимости продукции после реализации проекта обеспечивается за счет вовлечения отходов в производство, снижения затрат на оплату экологических штрафов (образование, транспортировка и хранение отходов). Помимо традиционных затрат в себестоимость как дополнительной, так и основной продукции включаются затраты на создание рекреационных зон. Соответственно, показатель экономического эффекта в результате внедрения проекта по переработке отходов и созданию зон отдыха на рекультивированных территориях принимает следующий вид
Система ограничений обеспечивает снижение и предотвращение эколого-экономического ущерба на каждом этапе жизненного цикла предприятия, получение прибыли от реализации дополнительной продукции, рентабельность комплекса переработки отходов.
Прогнозные оценки показателей сценариев повышения уровня ЭБ получены на основе программного комплекса, реализованного в среде Scilab, визуальное моделирование Xcos. Scilab является свободным программным обеспечением, позволяющим осуществлять технические и математические расчеты, распространяется бесплатно на основе лицензии СесШ [154]. Разработчики Scilab - сотрудники французского Национального института информатики и автоматизации (INRIA -Institut National de Recherche en Informatique et Automatique) Scilab Enterprises.
Основные блоки программного комплекса (рисунок 2.9) представлены вводом исходных данных (рисунок 2.10), алгоритмом расчета оценок (рисунок 2.11) и выводом полученных результатов на экран.
Процедура выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон
Для отбора эффективных сценариев, направленных на снижение техногенной нагрузки горнопромышленных предприятий и высокий уровень ЭБ, предлагается использовать метод Парето-оптимизации. В качестве критериев оптимизации приняты экономический эффект (fi), площади восстановленных земель (f2), численность населения с нормативными показателями (f3), обусловленными спецификой горнопромышленного района и направленностью на согласование интересов государства, инвесторов и производственников. Объем загрязнений в результате негативной деятельности производства (f4) и предотвращенный объем загрязнений на душу населения (f5) представлены в качестве ограничений. В этой связи задачу выбора оптимальных сценариев можно сформулировать следующим образом:
Задача 3.2. Задано множество n-сценариев по переработке отходов и созданию рекреационных зон {An, ne[l,N]}, соответствующих условию f4(А) f4 (А); f5 (А) f5(А), где f 4, t, - объем загрязнений в результате негативной деятельности производства, нормативный и текущий; f 5, f5, - предотвращенный объем загрязнений на душу населения, нормативный и текущий. Каждый n-й сценарий характеризуется показателями эффективности і"хє[1,Х], а именно при Х=3: экономический эффект - fb площади восстановленных земель - f2, численность населения с нормативными показателями - f3:
Требуется найти Парето-оптимальные сценарии AmcAn. Сценарий Ат оптимален по Парето, если не существует другого сценария Ап, превосходящего хотя бы по одному показателю эффективности fх и не хуже по остальным, для которого выполняется следующее [84]:
В соответствии с условиями: fх(А)max, при хє[1, X]; fх(А)0. (3.4)
Для решения поставленной задачи разработана процедура выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания рекреационных зон, состоящая из 2 этапов:
1. Нормализация критериев оптимальности. Разработка оптимальных сценариев производится с помощью полной нормализации критериев оптимальности в связи с их различными размерностями и диапазонами. Полная нормализация критериев осуществляется следующим образом [115]:
2. Определение Парето-оптимального множества сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания зон отдыха. Задача многокритериального выбора решается методом Парето-оптимизации на основе постановки задачи в соответствии с условиями (3.4)-(3.5) графическим методом.
Критериями Парето-оптимизации являются: экономический эффект (fj), площади восстановленных земель (f2), численность населения с нормативными показателями (f3). Парето-оптимизация представлена в параграфе 3.3 и главе 4.
По причине большого количества Парето-оптимальных сценариев для согласования экологических, социальных, экономических интересов и обеспечения высокого уровня ЭБ предлагается их ранжирование. Задачу ранжирования Парето-оптимального множества сценариев можно сформулировать следующим образом:
Задача 3.3. Имеется множество Парето-оптимальных сценариев Ат, тє[1, М]. Каждый т-й сценарий характеризуется нормализованными критериями fх, хє[1, X], состоящими из трех уровней ЭБ: низкий (Н) тхє[0; YxJ], умеренный (С) ІухєП ьУй] и высокий (В) Кє 1], где Yxl и Y - значения границ между низким и умеренным, умеренным и высоким уровнями ЭБ соответственно. При этом каждый m-й сценарий характеризуется w-м количеством высокого, g-м количеством умеренного, Ь-м количеством низкого уровней ЭБ [139, 161].
Требуется провести ранжирование сценариев. Сценарию А , превосходящему сценарий Amr (z) по w-му количеству высокого уровня ЭБ, присваивается первый ранг, если выполняется следующее:
При необходимости дополнительно учитываются g-ое и b-ое число умеренного и низкого уровней ЭБ:
Сценарии, характеризующиеся количеством w=3, являются приоритетными, w=2 - перспективными, w=l - стабилизирующими. В рамках данной работы под стабилизирующими понимаются сценарии, которые обеспечивают корректировку и регулирование уровня ЭБ. Перспективные сценарии направленны повышение уровня ЭБ.
Значения Yxl и Y& определяются методом экспертных решений [127] в соответствии с социальными, экономическими и экологическими условиями горнопромышленного района. Процедура формирования экспертных оценок значений границ между низким и умеренным, умеренным и высоким уровнями ЭБ состоит из 9 этапов (рисунок 3.4).
Этап 1. Формирование экспертной комиссии. В состав комиссии входят как специалисты основных структурных подразделений организации, так и приглашенные участники. При отборе участников учитываются квалификация, занимаемая должность, опыт работы в проблемной области. Для горнопромышленных предприятий в качестве экспертов могут выступать управленческий состав (руководитель, заместитель руководителя, главный инженер, главный технолог, эколог и прочие), сотрудники высших учебных заведений и научных организаций.
Для определения численности экспертной группы (Ег) использован «прагматический подход» [127] Егє[Етт; Етах]. Нижняя граница Er (Emn) соответствует количеству значений Yxl и Y , то есть хотя бы по одному из них эксперт может дать заключение. Верхней границей Er (Етах) является потенциально возможное число экспертов.
Этап 2. Проверка на соответствие условию. Осуществляется проверка на количественную достаточность численного состава экспертной группы: Er Emin.
Этап 3. Экспертное формирование оценки. Производится оценка экспертной комиссией текущего социального, экономического и экологического состояния горнопромышленного района, стратегия его развития, всесторонний анализ текущих и образуемых отходов, отчужденных земель предприятия, инвестиционной потенциал для последующего определения границ зон ЭБ. Значения Yxi и Yx2 определяются методом мозгового штурма. Проводится открытое коллективное обсуждение экспертами на основе анализа состояния горнопромышленного района, добывающих и перерабатывающих предприятий (этап 3) значений границ между низким и умеренным, умеренным и высоким уровнями ЭБ. Результаты обсуждений обрабатываются на следующем этапе (этап 4).
Этап 4. Обработка результатов экспертных решений (Yxl и Yx2). Анализ экспертных мнений осуществляется посредством коэффициента конкордации по формуле Кендала [42]:
Этап 5. Значения Yxi и Yx2 получены? Проводится проверка на наличие оценок: Yxl 0; Y X).
Этап 6. Экспертные оценки согласованы? Мнения экспертов согласованы при условии: WsWsn, где Wsn - пограничное значение коэффициента конкордации. Значение Wsn определяется в зависимости от текущего уровня ЭБ и сложности социально-экономического положения горнопромышленного района, состава и количества экспертной группы. Чем ближе значение Ws к 1, тем выше согласованность экспертных решений.
Этап 7. Оценки соответствуют нормативным? Значения границ зон между низким и умеренным, умеренным и высоким уровнями ЭБ проверяются на соответствие законодательным нормативам: где Ynxl, Yn . - нормативные значения границ между низким и умеренным, умеренным и высокими уровнями ЭБ соответственно.
Этап 8. Корректировка экспертных оценок. Осуществляется при условии их противоречия текущим законодательным требованиям и программам стратегического развития. Значения границ уровней ЭБ приводятся к нормативным в соответствии с законодательством и нормативными актами.
Этап 9. Применение экспертных оценок. Полученные оценки - значения (Yxi и Y ) применяются в целях дальнейшего ранжирования сценариев и обеспечения высокого уровня ЭБ.
Количество итераций процедуры составляет іє[1; 8]. Если решение не будет найдено - меняются исходные условия. Ранжирование Парето-оптимальных сценариев представлено в параграфе 3.3 и главе 4.
Таким образом, процедура выбора сценариев переработки отходов, восстановления нарушенных земель и создания зон отдыха базируется на интегральных экологических, социальных и экономических показателях процессов переработки отходов и рекультивации нарушенных земель. Последующее ранжирование Паре-то-оптимального множества решений осуществляется по количеству высокого уровня ЭБ и направлено на согласование интересов государства, собственников и инвесторов.
Конкретизация компонентов организационно технологического механизма управления экологической безопасностью (в условиях Таштагольского муниципального района)
В Таштагольском муниципальном районе наиболее массовыми «неугольными» отходами являются хвосты обогащения железных руд ООО «Мундыбаш-ская обогатительная фабрика». В составе отходов, кроме тонко дисперсной «пустой» породы, содержатся тонны золота, серебра и железа, поэтому хвостохрани-лища фабрики целесообразно рассматривать как техногенные месторождения. Дальнейшее распространение железорудных хвостов может привести к экологической катастрофе в районе.
На основе организационно-технологического механизма управления ЭБ (параграф 2.3) необходимо провести анализ параметров техногенного месторождения, существующих малоотходных и безотходных технологий переработки железорудных отходов Th(j), F(j) = (Fi(j), 1є[1; L]}. На базе оценки и поставленной задачи 3.1 (параграф 3.1) осуществить формирование альтернативных малоотходных и безотходных технологий (1 этап процедуры формирования, параграф 3.1), рекультивации нарушенных земель (2 этап процедуры, параграф 3.1) в сценарии Ап (3 этап процедуры, параграф 3.1) для сложных экономических условий Таштагольского муниципального района и низкого уровня финансирования при небольших затратах. Далее выполнить прогнозные оценки показателей разработанных сценариев (7 этап механизма, параграф 2.3), обеспечивающих поэтапную переработку отходов и рекультивацию нарушенных земель; осуществить выбор оптимальных из их множества (8 этап механизма, параграф 2.3) на базе процедуры выбора (параграф 3.2).
Отходы Мундыбашской ОФ располагаются в двух хвостохранилищах в долине реки Жасменка и в Киселовском Логу. Хвостохранилище в Киселевском Логу недействующее (законсервированное). Эксплуатация завершена в 1988 году, и уложено 15,47 млн. м3 хвостов, при проектной мощности 16,0 млн. м3. Хвостохра-нилище в долине р. Жасменка в настоящее время имеет объем 7 млн. м3 и площадь, равную 41 га, пять пульпонасосных станций с водоводами. Деятельность Мундыбашской обогатительной фабрики приостановлена. В настоящее время отходы не переработаны, мероприятия по рекультивации не проведены. Ухудшение социально-экономического состояния Таштагольского муниципального района обуславливает необходимость использования организационно-технологического механизма управления ЭБ.
По результатам проведенных изысканий ЗАО «Западно-Сибирское геологическое управление» характеристика лежалых хвостов хвостохранилища № 2 Мундыбашской ОФ представлена в таблице 4.1.
Из таблицы 4.1 следует, что содержание железа в текущих хвостах ОФ составляет более 15 %, из них порядка 3 % магнетита и около 2-4 % пирита (FeS2).
В настоящее время существуют следующие технологии извлечения железа: гравитационные, флотационные, химические и магнитные методы обогащения. В соответствии с проведенным изысканиями ЗАО «Западно-Сибирское геологическое управление» гравитационные методы обогащения железа оказались неэффективными. Флотационные методы обогащения требуют высоких капитальных вложений, основаны на гидрофильности и гидрофобности частиц, что экономически и экологически нецелесообразно по причине большого содержания серы в хвостах (таблица 4.1). Наиболее предпочтительным методом обогащения является химический, позволяющий извлечь полезные компоненты. Таким образом, полученный концентрат будет отвечать требованиям потребителей по содержанию железа и серы. План хвостохранилища ООО «Мундыбашская обогатительная фабрика» представлен на рисунке 4.1.
Отходы обогащения располагаются на значительном расстоянии от предприятия – 5 км (рисунок 4.1). Доставка хвостов осуществлялась по трубопроводам пульпонасосных станций (ПНС). В основании хвостохранилища располагается естественный уплотненный слой из глины, что препятствует попаданию отходов в почву и грунтовые воды.
По причине низкого уровня инвестирования и годового объема переработки сформированы пессимистические сценарии (общий объем финансирования до 100 млн. руб., годовая производительность 0,7 млн. т/год) повышения уровня ЭБ Таштагольского муниципального района (таблица 4.2).
Ввод в эксплуатацию комплекса по переработке отходов с годовой производительностью 0,7 млн. т/год (100 т/ч) осуществляется в 2020 г., выход на проектную мощность в 2021 г. Поэтапное восстановление освобожденных территорий производится с 2021 г. Строительство рекреационных зон осуществляется с 2032 г.
Комплексирование заключается (3 этап процедуры формирования, параграф 3.1) в интеграции методов обогащения железорудных отходов, технологий переработки хвостов с получением минеральных смесей для строительных нужд, производства сельскохозяйственных удобрений и утилизации невостребованных техногенных ресурсов. Далее технологии переработки отходов, рекультивации нарушенных земель, создания рекреационных зон объединяются в сценарии. Процессы получения дополнительной продукции из отходов и восстановления освобожденной территории осуществляются поэтапно. В случае изменения условий внешней среды или несоответствия ограничениям подбираются новые альтернативные варианты с их последующим комплексированием.
В связи с особенностями химических и технологических характеристик хво-стохранилищ обогатительной фабрики излечение железа предлагается производить методом кучного выщелачивания круглогодично. Хвосты обогащения орошаются слабым раствором серной кислоты H2SO4. В зимний период времени предлагаются следующие технологические решения: линию орошения покрыть 2-метровым слоем руды для изоляции от низких температур. По причине удаленности хвостохра-нилища от фабрики (рисунок 4.1) и климатических особенностей Таштагольского муниципального района, раствор с железом рекомендуется транспортировать по имеющимся трубопроводам (ПНС) на фабрику для дальнейшего восстановления и обезвоживания. Последующее восстановление и осаждение гидроксида железа (Fe(OH)3) осуществляется с помощью реагентов. Железный осадок отправляется на дальнейшее обезвоживание на вакуум-фильтры. В зимний период для предотвращения смерзания концентрата предлагается его сушка. Технологический комплекс по восстановлению и осаждению железа, полученного из хвостов обогащения, рекомендуется разместить в цехе обогащения, дальнейшее обезвоживание производить на имеющемся оборудовании (вакуум-фильтры и сушильные барабаны).
Минеральную породу рекомендуется использовать для строительных целей (ГОСТ 8736-93) в качестве минеральных добавок к асфальтобетону или земляного покрытия. В противном случае рекультивировать слежанные пески после извлечения железа с высадкой облепихи. В соответствии с разработанными процедурой формирования сценариев (4 этап процедуры, параграф 3.1), комплекса показателей (параграф 2.2) выполнены прогнозные оценки сценариев повышения уровня ЭБ в условиях Таштагольского муниципального района для пессимистических сценариев (рисунки 4.2-4.6). В период с 2018 по 2019 г. (рисунок 4.2) производится подготовка и разработка проектной документации для ввода комплекса по переработке железорудных отходов в 2020 г. С 2020 по 2032 г. наблюдается увеличение экономической эффективности за счет поэтапных процессов переработки отходов и восстановления площади нарушенных земель хвостохранилища. Снижение роста экономической эффективности (2032 г.) обусловлено увеличением затрат на создание зон отдыха.
С 2018 по 2019 г. рекультивация хвостохранилища не производится (рисунок 4.3). После осуществления первого этапа переработки железорудных хвостов (в 2020 г.) с 2021 г. начинается поэтапная рекультивация отчужденных земель.