Управління екологічною безпекою на регіональному рівні (теоретичні та практичні аспекти)

На основі наведених принципів з застосуванням результатів моніторингу формування, розвитку і проявів небезпеки розроблено регіональну систему управління екологічною безпекою на прикладі територіально-виробничого комплексу Середнього Придніпров'я (рис. 6). Однією з головних особливостей такої системи (на відміну від існуючих та запропонованих іншими науковцями способів управління безпекою) є розробка та реалізація у кінцевому результаті комплексу конкретних технічних рішень.

Рисунок 6 - Ієрархічна система техніко-технологічного управління екологічною безпекою регіонального рівня

Підсистема управління І включає два елементи управління. Перший з них направлений на запобігання негативного впливу на довкілля. Враховуючи те, що серед чинників техногенної небезпеки хімічного походження у регіоні одне з домінуючих положень займають відходи, в основу управлінського рішення покладена їх утилізація шляхом отримання вторинної сировини для виготовлення продукції цілевого призначення.

Його теоретичним базисом є закономірність управління, яка полягає в забезпеченні прийнятної просторової структуризації видів небезпеки. В результаті реалізації управлінського рішення досягнуто:

- ослаблення на 10-12% рівня техногенної небезпеки підвиду, що формується хімічними чинниками, за рахунок запобігання проникнення шкідливих речовин, які містяться у відходах, у ґрунт, підземні водоносні горизонти, поверхневі води;

- зменшення на 5-7% рівня техногенної небезпеки, яка формується чинниками трансформації ландшафтів, внаслідок повернення в господарське використання територій, відведених під складування відходів;

- ослаблення дистанційних проявів небезпеки у регіонах, де сконцентровані природні сировинні ресурси, за рахунок зменшення обсягів їх видобування. Це досягається шляхом вилучення з відходів ресурсноцінних компонентів та створення на їх основі бази вторинних сировинних ресурсів.

Технічне забезпечення зазначеного управлінського рішення полягає у використанні розроблених схем сумісної переробки відходів різних господарських комплексів.

Доведена доцільність залучення відходів комплексу машинобудування та металообробки (металургійні шлаки; відпрацьовані формувальна суміш та футерівка; шлами пиловловлювання, очистки відпрацьованих травильних та гальванічних розчинів) разом з відходами теплоенергетичного (шлами водоочистки) та гірничовидобувного (мілкодисперсний пил) комплексів у виробництво будівельних матеріалів, що підтверджено патентами України 18071А і 21304А. За результатами випробовувань встановлено, що одержані бетонні, шлакобетонні та керамічні вироби практично не відрізняються за експлуатаційними характеристиками від аналогічних, виготовлених з природної сировини. Контроль вмісту іонів важких металів у водних витяжках показав, що ці вироби є безпечними матеріалами. Про використання результатів свідчить, зокрема, акт упровадження в ВАТ “Кременчуцький сталеливарний завод”.

Реалізація управлінського рішення у нафтопереробному комплексі завдяки вибраному шляху полягає у наступному. Відпрацьовані розчини виробництва алкілбензолів та кубові залишки разом зі шламами очистки відпрацьованих травильних розчинів (відходи машинобудівного комплексу) залучені для одержання технічних миючих засобів. При випробуванні останніх для очистки поверхні металів від високомолекулярних органічних сполук встановлено, що вони ефективно емульгують забруднювачі та утворюють стійкі емульсії. В результаті обробки відпрацьованих каталізаторів розчинами лужної очистки відливок (відходи машинобудівного комплексу) одержано алюмофосфатне в'яжуче для вогнетривких футерівок ливарних ковшів. Нафтові відкладення з магістральних нафтопроводів та резервуарів запропоновано модифікувати відходами поліолефінів з введенням в одержані композиції інших відходів (золошлакові, виробництва целюлози, металургійні шлаки). Продукти, що утворюються при цьому, використані при одержанні гідроізоляційних та антикорозійних матеріалів (які близькі за своїми характеристиками до стандартних мастик типу МБК-Г-55, ПВК та інш.), котельного палива. Досягнуто покращення експлуатаційних властивостей бітумів (зокрема, підвищуються на 3-5^оС температура розм'якшення), знижено на 1012% їх вміст у асфальтобетонах.

Одним з напрямків реалізації управлінського рішення є залучення широкої гами відходів різних господарських комплексів у процеси одержання органо-мінеральних сорбентів (рис. 7), що підтверджено патентами України 20730А і 25357А. За результатами випробувань встановлено, зокрема, що сорбенти виявляють достатньо високу ефективність поглинання нафтопродуктів (вона досягає 92%) та нафтоємність (32). Запропоновано двухстадійне застосування сорбентів: вилучення забруднювачів спочатку з газових викидів різного технологічного обладнання, а потім зі стічних вод гальванічного виробництва. Встановлено, що ефективність поглинання на 15-20% вища у порівнянні з активованими вугіллями.

Рисунок 7 - Використання відходів для одержання сорбенту

Економічний ефект, який досягнуто за рахунок створення техногенної сировинної бази (не враховуючи значно більший ефект від ліквідації фактичного і потенційного екологічного лиха, яке завдають і можуть завдати відходи), складає 235 тис. гривень на рік, що підтверджено актами впровадження.

Другий елемент управління підсистеми І (рис. 6) забезпечує зниження наявного вмісту забруднювачів у компонентах довкілля та включає три управлінські рішення. У перших двох з них використано теоретично встановлену закономірність, яка полягає у забезпеченні прийнятної просторової структуризації небезпеки, третє - реалізує просторове розмежування здійснення управління і ослаблення рівня небезпеки.

Управлінське рішення щодо покращення екологічного стану штучно створених об'єктів гідросфери забезпечено комплексом наступних практичних заходів. Доведено доцільність проведення хімічного та біологічного моніторингу вод та донних відкладень у водосховищах Дніпровського каскаду, забезпечення постійності режиму скиду вод при екстремальних метеоумовах, розмноження визначених видів іхтіофауни для зниження інтенсивності розвитку ціанобактерій. Очищення забруднених вод ставка-випарника нафтопереробного заводу від нафтопродуктів та іонів важких металів здійснюється шляхом використання спеціальних видів мікроводоростей, що обґрунтовано результатами досліджень гідрохімічного режиму цього водоймища.

Управлінське рішення щодо ліквідації нафтового забруднення у ґрунтах та водоймах реалізується шляхом застосування розробленої для конкретних умов регіону схеми біодеструкторної очистки. Визначено найбільш прийнятні значення параметрів очистки (швидкості протікання реакцій, дози біодеструктора, тривалості процесу та ступеню очистки у залежності від реального стану техногенної небезпеки). При цьому встановлено хорошу збіжність результатів теоретичних розрахунків та експериментальних даних відносно залежності швидкості очистки від концентрації забруднювачів. Внаслідок використання результатів досліджень ліквідовано джерела техногенної небезпеки (нафтошламові карти на полігоні по розміщенню відходів, які суттєво впливали на стан підземних вод), що підтверджено актом упровадження. Ефективність очистки ґрунтів досягає 99,5%.

Управлінське рішення щодо ослаблення проявів небезпеки в місцях виробітку енергії реалізується завдяки скороченню часу теплової обробки виробів (без погіршення їх якості) у комплексі будівельної індустрії при введенні в керамічні та бетонні суміші домішок (відходи виробництва вапна).

Підсистема управління ІІ (рис. 6) включає два управлінських рішення. Перше з них базується, зокрема, на встановленій закономірності управління - оптимізації позиційності джерел небезпеки, що досягається здійсненням мікровибухів на шляху поширення сейсмотехнохвиль до небезпечних об'єктів, пріоритетною розробкою гірничих порід у місцях, віддалених від споруд різного призначення. Також розроблено та суворо дотримується узгоджений графік ініціювання землетрусів з метою зниження ступеню накладення сейсмічної дії від різних джерел (як стаціонарних, так і пересувних), застосовано метод короткоуповільнених вибухів на всіх кар'єрах регіону. Управлінське рішення щодо ослаблення рівня шумового забруднення (як однієї з домінант регіональної небезпеки, яка формується фізичними чинниками; до того ж воно накладається на забруднення хімічного походження) ґрунтується на теоретично встановленій закономірності - мінімізації “сусідства” небезпек. Його практична реалізація здійснюється шляхом впровадження створених автором технічних засобів. Зокрема, для поглинання виробничого шуму розроблено (на основі методу електрогідродинамічних аналогій) глушник (рис. 8), який надійний в експлуатації, має низький аеродинамічний опір (0,45 атм) та високу ефективність поглинання шумового випромінювання (зменшує рівень шуму на 2426 дБ). В результаті застосування таких глушників в комплексі машинобудування досягнуто зниження рівня техногенної небезпеки відповідного підвиду на 20-25%, про що свідчить акт упровадження.

Зменшення інтенсивності автотранспортного шуму на 2633 Дб досягається за допомогою розробленої системи, що складається з приєднаних послідовно резонатора Гельмгольца та двохсекційного улиткоподібного глушника, внутрішня поверхня якого покрита шаром скловолокна.

Регулювання шумового забруднення від сукупності авіатранспортних засобів базується на застосуванні моделі просторового поширення акустичного випромінювання, в основу якої покладені методи геометричної акустики. Інтенсивність шуму J на відстані r від джерела з урахуванням поглинання у атмосфері визначається наступним чином:

, (3)

де К - коефіцієнт, що враховує просторові особливості поширення шуму;

Р - акустична потужність джерела шуму, Вт;

б - коефіцієнт поглинання шуму, м^-1.

Модель реалізована в комп'ютерній програмі, яка дає можливість створювати карти шумового забруднення при одночасній дії сукупності джерел випромінювання. Вибір оптимальних маршрутів польотів гелікоптерів на основі застосування моделі забезпечує зниження сумарного рівня шумового забруднення в селищній зоні нижче допустимих норм, що підтверджується відповідним актом впровадження у Кременчуцькому льотному коледжі цивільної авіації.

Надійність та ефективність функціонування системи управління забезпечується комплексом заходів та технічних рішень, вказаних на рис. 6.

З метою вдосконалення існуючої системи контролю якості атмосферного повітря у регіоні визнано доцільним оптимізувати (критерієм є об'єктивний контроль сумісного впливу промислових і транспортних викидів) просторове розташування постів спостереження. За результатами експериментальних досліджень технічних засобів контролю вмісту розповсюджених у регіоні забруднювачів встановлено, що ефективними поглинальними покриттями пґєзосорбційних детекторів є: для аміаку - яблучно-лимонна суміш (ЯЛС), для фенолу - етанольний розчин мил, для стиролу - полі-Е-капрамід, для оксиду вуглецю (ІІ) - комбінація ЯЛС та 5%-го вінілового ефіру 2-піридилальдоксиму. В якості сорбенту на фенол також запропоновано: у кондуктометричному детекторі - суміш активованого вугілля, лаку та акрилового ефіру 2-піридилальдоксиму; у спектрофотометричному - спиртові та ацетонові розчини акрилового ефіру 2-піридилальдоксиму. У фотометричному методі ефективним поглинальним реагентом на формальдегід є аміачний розчин комплексної сполуки заліза (ІІ) з моноаліловим ефіром 1,2-циклогександіондиоксиму. Запропоновані поглинальні покриття здатні регенерувати та надійно фіксують концентрації забруднювачів на рівні, нижчому за гранично допустимі значення.

Технічне забезпечення ефективної роботи регіональних водоочисних систем реалізується наступними інженерними рішеннями: досягнення постійної концентрації розчиненого кисню в аеротенках при регенерації активного мулу з метою стабілізації біологічної очистки; вдосконалення системи механічного зневоднення осадів з використанням у якості коагулянту хлорного заліза (ІІІ) разом з вапном, що дало можливість ліквідувати мулові площадки і відповідно підвищити рівень безпеки відносно до чинників трансформації ландшафтів; поліпшення ефективності роботи фільтрів із зерновим заповнювачем за рахунок ультразвукової обробки фільтруючого шару при його регенерації. Реалізуються наступні заходи стосовно посилення ролі соціогенних чинників в забезпеченні ефективності управління екологічною безпекою: підготовка висококваліфікованих фахівців з управління екологічною безпекою, фундаментальні основи якої закладені в розробленому за активною участю автора Державному Стандарті вищої екологічної освіти за різними освітньо-кваліфікаційними рівнями; перепідготовка та підвищення кваліфікації інженерно-технічних та керівних працівників шляхом проведення спеціальних семінарів та науково-практичних конференцій. Таким чином, результати теоретичних, експериментальних та прикладних досліджень дали можливість створити комплексну систему управління екологічною безпекою у техногенно навантаженому регіоні, яка реалізується шляхом упровадження конкретних практичних заходів і технічних рішень.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою. В ній наведено нове вирішення науково-практичної проблеми стосовно встановлення закономірностей формування регіональної екологічної небезпеки і розвитку на цій основі теоретичних засад та розробки практичних заходів щодо управління екологічною безпекою на регіональному рівні.

1. Розроблено теоретичні основи дослідження формування регіональної екологічної небезпеки.

1.1. Остання розглядається як складна за ієрархією структура з відповідним виділенням типів, класів, видів та підвидів.

1.2. Встановлено основні закономірності її формування, які визначаються основополагаючими категоріями: регіоналізацією, просторовою та часовою структуризацією небезпеки, позиційністю, різноякісністю та різнопорядковістю її джерел, “сусідством” небезпек різного генезису, профілізацією регіонів.

1.3. Доведено, що системно-структурна парадигма структуризації екологічної небезпеки базується на основних принципах регіоналізації, що обумовлюють стратегію і тактику управління екологічною безпекою. Сукупність взаємних впливів тіснопов'язаних підсистем (природної та соціально-економічної) створює можливість реального управління системою в цілому через науково обґрунтоване регулювання елементів соціально-економічної підсистеми.

1.4. Розроблено структурно-логічну модель формування екологічної небезпеки на регіональному рівні, обґрунтовано вплив (поряд з іншими) соціогенних чинників на стан небезпеки.

1.5. Здійснено подальший розвиток та деталізацію понятійно-термінологічного апарату обраного наукового напрямку. Зокрема, введено поняття “техногенні землетруси”, “сейсмотехнохвилі”, “технозони” та інші.

Результати наукових досліджень щодо формування регіональної екологічної небезпеки заклали базис для подальшого розвитку теоретичних та практичних засад управління екологічною безпекою на регіональному рівні.

2. Розроблено теоретичні положення стратегії управління регіональною екологічною безпекою.

2.1. Встановлено конкретні закономірності управління екологічною безпекою в регіоні, які обумовлюють забезпечення прийнятної просторової та часової структуризації небезпеки, оптимізацію позиційності її джерел, мінімізацію несприятливого “сусідства” небезпек різного генезису і т.і.

2.2. Виявлено специфічні регіональні особливості управління техногенною складовою екологічної безпеки, що передбачають: першочерговість реалізації технічних рішень відносно пріоритетних (домінуючих) видів та підвидів небезпеки; проведення суцільного моніторингу станів небезпеки у регіонах, що включають частки територій різних адміністративних одиниць.

2.3. Розроблено структурну схему процесу управління екологічною безпекою регіону, в якій виділено блоки за функціональним призначенням (зокрема, моніторингу станів небезпеки, формування оптимального варіанту управління та інші). Передбачена система контролю за реалізацією управлінських рішень.

2.4. Визначено основні напрямки техніко-технологічного управління екологічною безпекою в індустріально навантаженому регіоні, які передбачають запобігання негативного впливу на людину та довкілля, ослаблення інтенсивності дії джерел небезпеки, обмеження просторового поширення небезпек різного генезису, ліквідацію наслідків проявів небезпеки і т.і. Наведені теоретичні розробки слугують науковою основою для удосконалення та конкретизації тактики управління екологічною безпекою на регіональному рівні.

3. Теоретично обґрунтовано основні заходи щодо управління екологічною безпекою при техногенних землетрусах (як джерелах нововиявленого різновиду екологічної небезпеки і однією з регіональних її домінант), які включають технічні рішення щодо оптимізації позиційності небезпеки, обґрунтованого регулювання параметрів землетрусів і т.і. Прогнозування ускладнення екологічних ситуацій здійснюється на основі виконаної класифікації сейсмопідвержених об'єктів на локально-, регіонально- та надрегіонально небезпечні.

4. Проведено моніторинг формування, розвитку та проявів екологічної небезпеки у конкретному техногенно навантаженому регіоні - територіально-виробничому комплексі Середнього Придніпров'я, який характеризується специфічними особливостями регіоналізації, просторової та часової структуризації небезпеки і т.і. Регіон розглядається, з одного боку, як складна урбанізована система, що структурована на промрайони та технозони, а з іншого - як сукупність потужних різнопрофільних господарських комплексів. На основі системного аналізу наслідків проявів небезпеки виявлено пріоритетні чинники ускладнення екологічних ситуацій: техногенні землетруси, накопичувачі відходів, розливи нафти, джерела шуму та інші. Завдяки застосуванню методів математичного аналізу встановлено кореляційні зв'язки між станами техногенної небезпеки та здоров'я населення у різних зонах регіону.

Одержані результати є підґрунтям для реалізації управління екологічною безпекою у конкретному регіоні.

5. Встановлено загальні принципи побудови регіональної системи управління екологічною безпекою, які базуються на закономірностях формування небезпеки і управління безпекою. На відміну від відомих способів забезпечення безпеки така система має ієрархічну структуру та включає конкретні технічні рішення.

6. Розроблено ієрархічну техніко-технологічну систему управління екологічною безпекою на прикладі територіально-виробничого комплексу Середнього Придніпров'я, яка вміщує підсистеми, елементи управління, управлінські рішення, блок забезпечення ефективності та надійності управління. 6.1. Підсистема управління щодо хімічних та ландшафтотрансформуючих чинників забезпечує:

- запобігання (суттєве обмеження) негативного техногенного впливу на довкілля. Управління реалізується на основі впровадження розроблених (патенти України 18071А, 21304А) інженерних рішень, стосовно залучення відходів різних господарських комплексів у процеси одержання продукції цільового призначення. При цьому досягнуто зниження рівнів екологічної небезпеки відповідних видів на 5-12%, створена техногенна база вторинних сировинних ресурсів для господарських комплексів машинобудування та будівельної індустрії (підтверджено відповідними актами впровадження). Розроблено технічні рішення щодо одержання органо-мінеральних сорбентів з відходів (патенти України 20730А та 25357А), сорбенти запропоновано до двохстадійного використання: вилучення забруднювачів з газових викидів технологічного обладнання з послідуючою очисткою стічних вод гальванічного виробництва;

- ослаблення наслідків проявів екологічної небезпеки, що досягається реалізацією розроблених схем біодеструкторної очистки, зниженням енергоспоживання шляхом використання домішок з відходів у технологічних процесах, виконанням практичних заходів з поліпшення якості води у штучно створених об'єктах гідросфери. В результаті підвищено рівень прийнятності просторової структуризації екологічної небезпеки, ліквідовано окремі її джерела - нафтошламові накопичувачі, досягнуто високої ефективності очистки нафтозабруднених ґрунтів (99,5%).

6.2. Підсистема управління відносно виду техногенної небезпеки, що формується фізичними чинниками, базується на ослабленні інтенсивності дії джерел небезпеки і включає управлінські рішення, в рамках яких розроблено:

- конкретні технічні пропозиції щодо зниження ймовірності виникнення катастрофічних ситуацій різного масштабу при техногенних землетрусах, які ґрунтуються на ослабленні небезпечної позиційності їх джерел відносно споруд різного призначення;

- практичні заходи щодо обмеження несприятливого сусідства небезпек. Зокрема, рівень екологічної небезпеки, що формується шумовим забрудненням, в середньому знижено на 25%, що досягнуто впровадженням розроблених технічних засобів поглинання виробничого та автотранспортного шуму, які відрізняються від існуючих систем низьким аеродинамічним опіром та достатньо високою ефективністю шумопоглинання. Розроблено комп'ютерну програму розрахунку просторового поширення шумового забруднення, яка впроваджена для регулювання рівня шуму від сукупності авіатранспортних джерел.

7. Забезпечення надійності та ефективності функціонування системи управління екологічною безпекою реалізується за наступними напрямками:

- підвищення достовірності визначення показників стану природної підсистеми регіону шляхом удосконалення існуючої мережі спостережень за забрудненням довкілля. Запропоновано поглинальні покриття детекторів для визначення концентрацій забруднювачів. Вони характеризуються можливістю регенерації та достатньо високою чутливістю;

- забезпечення ефективної роботи регіональних водоочисних систем при техногенному навантаженні, що змінюється. Це досягається: стабілізацією біологічної очистки; удосконаленням системи зневоднення осадів (у результаті ліквідовано мулові карти); підвищенням якості очистки вод за рахунок ультразвукової обробки фільтруючого шару при його регенерації;

- посилення ролі соціогенних чинників в управлінні безпекою, що забезпечується інтенсифікацією загального екологічного виховання різних верст населення, підготовкою висококваліфікованих фахівців на основі розробленого за участю дисертанта проекту Державного стандарту вищої екологічної освіти, підвищенням кваліфікації інженерно-технічних та керівних працівників.

8. Апробація запропонованої регіональної системи управління екологічною безпекою, а також випробування методів і засобів її реалізації у лабораторних та натурних умовах підтвердили правильність і ефективність наукових та технічних рішень, працездатність розроблених засобів та практичних заходів. Реалізовані вони в рекомендаціях і пропозиціях, використані у методиках, що забезпечують функціонування системи управління.

9. Оцінка ефективності впровадження результатів дисертаційного дослідження показала не тільки їх соціальну значимість внаслідок запобігання реальних і можливих проявів екологічної небезпеки, а й економічну прибутковість. Так, економічний ефект від запровадження техногенної бази вторинних сировинних ресурсів складає 235 тис. гривень на рік.

10. Результати теоретичних та практичних досліджень, розроблені методики та моделі використовуються в навчальному процесі та при виконанні дисертаційних робіт аспірантами та пошукачами.

11. Наукова цінність роботи полягає в розробці та реалізації системного науково обґрунтованого підходу до аналізу формування екологічної небезпеки та управління безпекою на регіональному рівні, а практична цінність - у можливості використання результатів у повному обсязі чи фрагментарно в різних регіонах (у залежності від їх профілізації відносно небезпеки).

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ