Методика оценки экологической безопасности городских автозаправочных станций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.19, кандидат наук Гармонов Кирилл Валерьевич

• Гармонов Кирилл Валерьевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гармонов Кирилл Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ, РАЗМЕЩЕННЫХ В ЧЕРТЕ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

1.1 Концептуально-методологические подходы к обеспечению экологической безопасности автозаправочных станций (АЗС)

1.2 Технологические особенности строительства и эксплуатации АЗС в черте города. Анализ требований нормативно-технической документации по их размещению в черте городской застройки

1.3 Методы, методики и модели для определения выделения вредных веществ в окружающую среду в процессе эксплуатации АЗС

Выводы по главе

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АЗС МОДЕЛИРОВАНИЕМ И ОЦЕНКОЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ОТ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ

2.1 Математическое моделирование распространения газообразных загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС

2.2 Применение теории струйных течений к расчету концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы в условиях движущегося источника загрязнения атмосферы

2.3 Математическое моделирование распространения аэрозолей пыли в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС

2.4 Теоретические предпосылки распространения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС при неблагоприятных метеорологических условиях

Выводы по главе

ГЛАВА 3 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ОТ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ НА АЗС

3.1 Программа исследования структуры газовоздушных потоков вблизи АЗС и их влияния на застройку местности

3.2 Методика проведения эксперимента в аэродинамической камере

3.3 Методика численного моделирования при помощи программного комплекса АШУБ

3.4 Планирование эксперимента. Математическая обработка данных и определение ошибки эксперимента и повторности опыта

Выводы по главе

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ОТ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ НА АЗС

4.1 Результаты экспериментальных исследований в аэродинамической камере и их анализ

4.2. Результаты численного моделирования распространения газовоздушных потоков от АЗС и анализ влияния выбросов на прилегающую жилую застройку

Выводы по главе

ГЛАВА 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРОДСКИХ АЗС НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО АНАЛИЗА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ

5.1 Декомпозиция факторов, влияющих на экологическую безопасность городских АЗС

5.2 Многокритериальный анализ факторов, влияющих на распространение вредных веществ от источников выбросов

5.3 Методика оценки экологической безопасности городских АЗС

5.4 Уточнение высоты выброса загрязняющих веществ из выхлопной трубы автомобиля как источника вредного выброса на АЗС

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Графические зависимости концентраций вредных веществ от факторов распространения вредных веществ (по результатам

экспериментальных исследований)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты численного моделирования распространения вредных веществ от дыхательной трубки АЗС для различных

градостроительных ситуаций

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Пример оценки экологической безопасности АЗС

на основе многокритериального анализа факторов (для г. Воронеж)

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акты о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика оценки экологической безопасности городских автозаправочных станций»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Автозаправочные станции (АЗС) являются важным объектом городского хозяйства и неотъемлемой частью транспортной инфраструктуры города. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к увеличению количества автомобильного транспорта в России. В связи с этим увеличивается потребность населения в жидкомазутном топливе (ЖМТ) и происходит увеличение количества АЗС как за городом, так и непосредственно в черте городской застройки.

Расположение АЗС в черте города представляет собой точечную застройку на свободных местах, часто без соблюдения нормативных требований по размещению объектов относительно направления господствующего ветра и по минимальному расстоянию до границ земельных участков общественных зданий или стен жилых зданий. Нормативные (технические, гигиенические и др.) документы регламентируют разные расстояния санитарного разрыва от АЗС до жилой застройки: от 25 до 100 м. Учитывая вышесказанное, АЗС как объекты городского хозяйства, даже при современных технологиях хранения нефтепродуктов и строгом соблюдении правил строительства и эксплуатации, остаются объектами повышенной экологической опасности. Сооружения АЗС являются источником постоянного выделения вредных веществ в окружающую среду в результате их эксплуатации, что ведет к увеличению негативного воздействия на жилую застройку, прилегающую к АЗС, и на снижение качества жизни человека.

Повышение экологической безопасности объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, в Российской Федерации входит в приоритетную программу развития страны на 2012-2020 «Охрана окружающей среды», озвученную Президентом РФ Путиным В.В., а также попадает под Указ Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. N 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на

период до 2024 года» при разработке национальных проектов в сферах экологии и комфортности городской среды.

Необходимость повышения экологической безопасности городских АЗС предопределила актуальность темы и целесообразность проведения дополнительных исследований по оценке вклада АЗС в загрязнение окружающей среды вредными веществами в процессе их строительства и эксплуатации. Среди большого количества факторов, влияющих на выделение и распространение вредных веществ в приземном слое атмосферы, одним из определяющих природно-климатических факторов является аэродинамика потоков ветра от АЗС в направлении прилегающей территории жилых районов. Немаловажными являются и факторы планировки и застройки городских территорий и обеспечения эффективного функционирования всех элементов городской инфраструктуры, включая АЗС. Таким образом, исследования, направленные на оценку вклада факторов негативного влияния АЗС в загрязнение окружающей среды, можно считать имеющими научную и практическую значимость.

Степень разработанности темы исследования. Решению проблемы обеспечения экологической безопасности АЗС посвящено большое количество исследований, публикаций, в т.ч. и в области строительства, архитектуры и градостроительства. Фундаментальными работами в рассматриваемой области исследований явились труды российских и зарубежных ученых: Алексашиной В.В., Беспалова В.И., Вайцзеккера Э., Ветровой Н.М., Гордона В.А., Городко-ва А.В., Данилова-Данильяна В.И., Израэля Ю.А., Ильичева В.А., Капицы П.Л., Колчунова В.И., Ловинса Б., Ловинса Э., Медоуз Д.Л., Полосина И.И., Реймерса Н.Ф., Слесарева М.Ю., Теличенко В.И., Тетиора А.Н., Хомич В.А., Щербины Е.В. и других.

Вопросами обеспечения экологической безопасности объектов городской транспортной инфраструктуры занимались ученые: Ахтямов Р.Г., Бакаева Н.В., Власов Д.Н., Данилина Н.В., Зайцев В.В., Ложкина О.В., Немчинов М.В., Растяпина О.А, Перфильев С.А., Сидоренко В.Ф., Сапожкова Н.В., Соколова Е.В.

Значительный вклад в изучение архитектурно-строительной аэродинамики и движения воздушного потока в городских условиях внесли ученые: Азаров В.Н., Батурин В.В., Зазымкин С.И., Колмогоров А.Н., Максимкина Н.Г., Реттер Э.И., Стриженов С.И., Серебровский Ф.Л., Поддаева О.И., Сини-цына И.Е., Талиев В.Н., Шепелев И.А., Эльтерман В.М. и другие.

Объект исследования - автозаправочные станции как важнейшая инфраструктурная составляющая городского хозяйства и источник негативного воздействия на окружающую среду.

Предмет исследования - методы и способы оценки распространения вредных веществ от автозаправочных станций и методики обеспечения их экологической безопасности.

Цель диссертационной работы - повышение экологической безопасности городских АЗС моделированием и оценкой распространения вредных веществ в окружающую среду.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- выполнить анализ состояния проблемы и современных подходов к обеспечению экологической безопасности при строительстве и эксплуатации АЗС в черте города и существующих методов по определению распространения вредных веществ в приземном слое атмосферы;

- разработать модели оценки распространения вредных веществ (аэрозолей пыли и газообразных веществ) в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС;

- провести анализ влияния неблагоприятных метеорологических условий (тумана и дождя) на распространение вредных веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС;

- выполнить экспериментальные и численные исследования распространения газообразных веществ от источников выбросов на АЗС к прилегающей жилой застройке;

- разработать методику оценки экологической безопасности АЗС и дать рекомендации по снижению негативного воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации АЗС.

Научная новизна состоит в совершенствовании оценки экологической безопасности городских АЗС на основе многокритериального анализа факторов распространения вредных веществ в приземном слое атмосферы и заключается в:

- разработке математической модели, позволяющей определять концентрацию газообразных загрязняющих веществ, распространяющихся как от стационарного, так и от движущегося источника, в любых координатах плоскости и направлениях распространения выбросов от АЗС;

- установлении научно обоснованных параметров распространения аэрозолей пыли в приземном слое атмосферы для неорганизованных низких и наземных источников выбросов;

- теоретическом обосновании влияния метеорологических факторов (тумана и дождя) на концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы и установлении новых количественных соотношений для определения высоты источника выбросов от автомобильного транспорта;

- получении новых результатов экспериментальных и численных исследований распространения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- математическая модель, позволяющая определять концентрацию газообразных вредных веществ в приземном слое атмосферы от параметров источников выбросов на АЗС;

- аналитические зависимости, позволяющие описать путь и скорость движения аэрозольной частицы пыли в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС;

- результаты анализа влияния неблагоприятных метеорологических условий (тумана и дождя) на распространение вредных веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС;

- результаты исследований в аэродинамической камере по распространению вредных веществ от источников выбросов на АЗС к прилегающей жилой застройке для разных градостроительных ситуаций;

- результаты численного моделирования на ЭВМ по распространению вредных веществ от источников выбросов на АЗС к прилегающей жилой застройке для разных градостроительных ситуаций;

- методика оценки экологической безопасности АЗС на основе многокритериального анализа факторов, влияющих на распространение загрязняющих веществ от источников выбросов.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке новых моделей оценки распространения вредных веществ от источников выбросов на АЗС, позволяющих определить степень негативного влияния на окружающую среду в зависимости от направления их распространения в приземном слое атмосферы, динамики источника выбросов и влияния метеорологических факторов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в:

- применении полученных результатов экспериментальных и численных исследований распространения вредных веществ (газообразные выбросы и пыль) при контроле и мониторинге движения газовоздушных потоков от городских АЗС как при обычных метеорологических условиях, так и при неблагоприятных погодных условиях, а также в условиях сложившейся застройки;

- разработке рекомендаций по повышению экологической безопасности городских АЗС с помощью мероприятий, основывающихся на многокритериальном анализе факторов (природно-климатические, градостроительные, архитектурно-планировочные, технологические, технические и качественные), а также в расчетном обосновании новых параметров источников выброса за-

грязняющих веществ к дальнейшему их закреплению в нормативных технических документах.

Методология и методы исследования. При проведении экспериментальных исследований и обработке полученных результатов использовались методы теории вероятности, математической статистики, эконометрики, планирования полнофакторного эксперимента. Эмпирическую базу исследований составили данные, полученные при изучении более 400 заключений государственных экологических экспертиз существующих и вновь проектируемых АЗС; данные, полученные из нормативной и технической документации ведущей топливной компании России; официальные данные Федеральной службы государственной статистики РФ.

Проведение теоретических исследований основывалось на физических законах аэродинамики, гидромеханики, спектральной теории турбулентности Колмогорова А.Н., теории турбулентных струй.

При оценке экологической безопасности АЗС использовались методы расчетов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, разработанные Министерством природных ресурсов и экологии РФ; методика по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров, разработанная Государственным комитетом РФ по охране окружающей среды.

Степень достоверности результатов. Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечена применением основ теоретического анализа в области экологической безопасности объектов строительства и городского хозяйства, теоретически обоснованных методов оценки влияния АЗС на окружающую среду, корректным применением современных методов исследований, большим объёмом полученных данных и проведением их математической обработки, а также установленной высокой сходимостью теоретических, экспериментальных и численных результатов исследований.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях и семинарах различных уровней: научно-образовательном форуме «Инновации в сфере науки, образования и высо-

ких технологий. Малое инновационное предпринимательство» (г. Воронеж, ФГБОУ ВПО Воронежский ГАСУ 2012 г. и 2013 г.), V международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (г. Курск, ФГБОУ ВПО ЮЗГУ, 2013 г.), международной научно-технической конференции «Энергоэффективность, энергосбережение и экология в городском строительстве и хозяйстве» (г. Пенза, ФГБОУ ВПО ПГУАС,

2013 г.), Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности», (г. Воронеж, ФГБОУ ВПО ВГТУ,

2014 г.), Всероссийской научной конференции «Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации» (г. Воронеж, ФГБОУ ВПО Воронежский ГАСУ

2014 г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования» (г. Тамбов, Консалтинговая компания Юком,

2015 г.), Научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и ЖКХ» (г. Воронеж, ФГБОУ ВПО Воронежский ГАСУ, 2016 г.), Международной научно-технической конференции «Строительство, архитектура и техносферная безопасность» (г. Челябинск, ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», 2017 г.), Международной междисциплинарной конференции по промышленному инжинирингу и современным технологиям Far East Con-2018 (г. Владивосток, ФГАОУ ВО «ДВФУ», 2018 г.).

Реализация результатов работы. Результаты и рекомендации исследований внедрены в качестве методического обеспечения деятельности Департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области и ООО «Лу-койл-Черноземьенефтепродукт», а также используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «ВГТУ».

Публикации. По теме представленных в работе исследований опубликовано 22 научные работы, в том числе 9 статей в журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, включая международные базы данных Scopus- 2 и Chemical Abstracts - 2.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, списка использованных источников. Работа изложена на 192 страницах, из них 151 основного текста. Содержит 61 рисунок, 18 таблиц, список использованной литературы из 167 наименований и 4 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность доктору тех-

нических наук, профессору [Ивану Ивановичу Полосину за научную идею и

постановку экспериментальных исследований в работе.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ, РАЗМЕЩЕННЫХ В ЧЕРТЕ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

1.1 Концептуально-методологические подходы к обеспечению экологической безопасности автозаправочных станций (АЗС)

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к увеличению количества автомобильного транспорта в России, что ведет к возрастанию количества объектов транспортной инфраструктуры, которые в основном сосредоточены в черте городской застройки. Рост количества автотранспорта способствует росту потребности в жидкомазутном топливе (ЖМТ) и необходимости строительства новых автозаправочных станций (АЗС), которые оказывают пагубное воздействие на слабое экологическое состояние городской среды.

Решению проблемы обеспечения экологической безопасности АЗС посвящено большое количество исследований, публикаций, в т.ч. и в области строительства, архитектуры и градостроительства. Фундаментальными работами в рассматриваемой области исследований явились труды российских и зарубежных ученых: Алексашиной В.В., Беспалова В.И., Вайцзеккера Э., Ветровой Н.М., Гордона В.А., Городкова А.В., Данилова-Данильяна В.И., Изра-эля Ю.А., Ильичева В.А., Капицы П.Л., Колчунова В.И., Ловинса Б., Ловин-са Э., Медоуз Д.Л., Полосина И.И., Реймерса Н.Ф., Слесарева М.Ю., Теличен-ко В.И., Тетиора А.Н., Хомич В.А., Щербины Е.В. и других. [15, 18, 43, 58, 6263, 72, 103-107, 126, 153, 164].

Вопросами обеспечения экологической безопасности объектов городской транспортной инфраструктуры занимались ученые: Ахтямов Р.Г., Бакаева Н.В., Беспалов В.И, Власов Д.Н., Данилина Н.В., Зайцев В.В., Ложкина О.В., Немчинов М.В., Перфильев С.А., Сапожкова Н.В., Сидоренко В.Ф., Соколова Е.В. и другие [2, 5, 7, 20, 41, 50, 65, 70, 96, 121, 136-137, 150].

Соколова Е.В. в своей работе [136] проводит исследования по оценке загрязненности атмосферы выбросами от источников АЗС, подтверждая превышения нормативов ПДК на границе с жилой застройкой. Предложила и разработала конструкцию аппарата для абсорбционного извлечения паров бензина из выбросов от резервуаров хранения топлива на АЗС.

Зайцев В.В. разработал математическую модель оптимизации воздействия АЗС на окружающую среду. В данной модели дополнительно рассмотрено влияние внешних объектов на экологию зоны влияния АЗС. Предложил методику рациональной эксплуатации АЗС как системы массового обслуживания с ограничением времени пребывания в ней автотранспорта. [50]

Перфильев С.А. в своей работе [96] рассмотрел различные планировочные решения размещения сооружений на АЗС. Разработал рекомендации по планировке АЗС с целью минимизации их вредного воздействия на окружающую среду и предложил технологию заправки автотранспортного средства, позволяющую снизить выделение вредных веществ. Практическая ценность работы заключается в разработке рациональных планировочных решений АЗС и методов заправки топливом автомобилей, обеспечивающих минимизацию объемов вредных выбросов от автомобилей и затрат времени на их заправку, уменьшение площади территории, занимаемых АЗС.

Вопросами уменьшения экологической опасности объектов автотранспортной инфраструктуры, расположенных на урбанизированной территории, занимался в своей работе Ахтямов Р.Г. [5] Автором проведен анализ влияния объектов автотранспортной инфраструктуры на окружающую среду. Для совершенствования системы оценки величины выбросов паров нефтепродуктов при функционировании АЗС и научно-обоснованного выбора технологии минимизации негативного воздействия АЗС на атмосферу автором разработана методика комплексной оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами паров нефтепродуктов и алгоритм определения экологически допустимого выброса (квот) паров нефтепродуктов.

Донцова Т.В. в своей работе [44] уделила внимание несовершенству используемой методики расчета концентраций вредных веществ в атмосфере ОНД-86; документ не учитывает в своих расчетах эффект суммации загрязняющих веществ от нескольких источников загрязнения атмосферы. Разработан балансовый метод поступления вредных веществ в каждый район крупного города на принципах биосферной совместимости для оценки фонового загрязнения атмосферы в случае принятия предпроектных решений по выбору альтернативных площадок под новое промышленное строительство.

В работе Сапожковой Н.В. [121] решена задача выбора системы мониторинга и защитных мероприятий от автотранспорта на основе разработанного метода комплексной оценки негативного воздействия автотранспорта на экологическую обстановку городской среды. Исследовано пофакторное воздействие автотранспорта как источника загрязнения городской среды.

Вопросом экологического мониторинга атмосферного воздуха для обеспечения экологической безопасности строительных объектов занимался в своей работе Аброськин А.А. [2]. Проведен анализ данных об имеющихся источниках загрязнения атмосферного воздуха: оценка интенсивности движения автомобильного транспорта, оценка выбросов стационарного источника, оценка уровня благоустройства и содержания пыли в атмосферном воздухе. Предложена динамическая система мониторинга, учитывающая комплексное воздействие источников загрязнения (промышленные, автомобильный транспорт, неблагоустроенные пылящие территории, временные источники загрязнения), изменение метеорологических факторов и городских условий, а также временной фактор наиболее неблагоприятных условий.

Одним из источников выделения вредных веществ на территории АЗС является автотранспорт, проезжающий по территории и ожидающий свою очередь заправки.

Вопросами распространения и снижения влияния вредных выбросов от автотранспорта на окружающую среду занимались ученые Балакин В.В., Бол-

баса М.М., Власов А.Б., Голубев И.Р., Зубкова И.Ю., Кириллов Г.П., Новиков Ю.В., Санкина Т.И., Сидоренко В.Ф., Трофименко Ю.В., [14, 19, 51, 127, 140].

Среди большого разнообразия факторов, влияющих на выделение и распространение вредных веществ в приземном слое атмосферы от источников выбросов на АЗС, одним из определяющих является аэродинамика воздушных потоков на АЗС и на территории, прилегающей к ней.

Значительный вклад в изучение архитектурно-строительной аэродинамики и движения воздушного потока в городских условиях внесли ученые Азаров В.Н., Батурин В.В., Зазымкин С.И., Колмогоров А.Н., Кудрявцев Е.В., Листов А.М., Максимкина Н.Г., Микрюков А.В., Поддаева О.И., Растяпина О.А., Реттер Э.И., Серебровский Ф.Л., Синицына И.Е., Стриженов С.И., Тали-ев В.Н., Шепелев И.А., Эльтерман В.М., и многие другие ученые в смежных областях знаний [11, 17, 49, 57, 67-68, 99, 111, 117-119, 122-125, 129, 138, 148, 156, 159, 162-163].

В работе Синицыной И.Е. рассмотрены новые экологические закономерности и аэродинамические соотношения для разработки и проектирования зданий и сооружений, принятия архитектурно-планировочных решений жилых микрорайонов и населенных мест, экологической экспертизы технологических и градостроительных проектов [129].

Растяпиной О.А. разработан комплексный подход к проектированию газозащитных зеленых зон на примагистральных территориях, который позволяет определять параметры газозащитной зеленой зоны (высоту, плотность, ширину и т.п.), необходимой для снижения среднесуточной и максимально-разовой концентрации оксида углерода, в том числе поступающего от автомобильного транспорта, до предельно допустимого значения. [111].

Математическим моделированием процессов движения воздушной среды и загрязняющих веществ в условиях городской застройки занимался в своей работе Любомищенко Д.С. [66]. В данном исследовании установлено, что эффективным подходом к решению задач, описывающих движение воздуха и распространение загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, являет-

ся использование полной системы уравнений Навье-Стокса с параметризацией коэффициентов турбулентного обмена. Это позволяет с помощью универсальных уравнений типа переноса описывать процессы транспорта тепла, влаги, загрязняющих веществ с учетом неоднородности формы и свойств подстилающей поверхности.

Изучением распространения вредных веществ от предприятий стройин-дустрии занималась Кабаева И.В. [53]. Разработана математическая модель, описывающая движение пылевых частиц, характерных для выбросов строительных производств в атмосферу. Разработана и реализована методика, позволяющая определить долю загрязняющих веществ, поступающих на данную территорию от конкретного предприятия.

1.2 Технологические особенности строительства и эксплуатации АЗС в черте города. Анализ требований нормативно-технической документации по их размещению в черте городской застройки

Автозаправочная станция (АЗС) - это комплекс оборудований на придорожной территории, предназначенный для круглосуточной заправки топливом автотранспортных средств. АЗС включает в себя следующие объекты: операторную, топливораздаточные колонки (ТРК) с навесом, численность которых варьируется в зависимости от размеров и автопотока, резервуары различного объема для хранения жидкомазутного топлива (ЖМТ), аварийный резервуар, противопожарный резервуар, площадку для слива ЖМТ в резервуары из автоцистерн, очистные сооружения биологической очистки, площадку под контейнеры для ветоши, песка и мусора (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема размещения сооружений на АЗС: 1 - навес над 3 ТРК; 2 - здание операторной; 3 - информационная стела; 4,5 - указатели «Въезд» и «Выезд» соответственно; 6 - площадка для автоцистерн; 7 - резервуарный парк; 8 - аварийный резервуар; 9 - узлы слива; 10 - парк пожарных резервуаров; 11 - очистные сооружения ливневых стоков; 12 - блок ТБО; 13 - генератор; 14 -парковка легковых автомобилей;

15 - информационный стенд.

На АЗС предусматривается заправка автомобилей следующими видами топлива: бензин А-80, АИ-92, АИ-95, АИ-98 и дизельным топливом. Пропускная способность АЗС составляет от 50 до 1000 заправок автомобилей в сутки, режим работы - круглосуточный.

АЗС является источником постоянного выделения вредных веществ в окружающую среду в результате их эксплуатации [23, 25, 27, 32, 52, 100]. Основным видом вредных веществ, выделяющихся на АЗС, являются газообразные вещества. Газообразные вещества, в отличие от других видов вредностей, легко подхватываются потоками окружающего воздуха и переносятся на большие расстояния. Оказывают быстрое воздействие на здоровье человека. Они могут накапливаться в организме или поступать в кровь и переноситься к

различным органам и там воздействовать на биологические процессы, приводя к дальнейшему разрушению организма

Источники выделения вредных веществ на АЗС подразделяются на две категории - организованные и неорганизованные (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схема влияния городских АЗС на окружающую среду

Анализ государственных экологических экспертиз проектов АЗС показал, что в результате эксплуатации АЗС в атмосферу выделяются следующие вредные вещества: углеводороды: бензин (ПДКм.р=5 мг/м ), керосин

3 3

(ОБУВ=1,2 мг/м ); азота диоксид (ПДКм.р=0,20 мг/м ); сернистый ангидрид

33

(ПДКм.р=0,5 мг/м ); углерода оксид (ПДКм.р=5 мг/м ), свинец и его соединения (ПДКм.р=0,0001 мг/м3) [33, 93].

Наибольшее количество вредных веществ (пары бензина) выделяется из резервуаров, предназначенных для хранения жидко-мазутного топлива через предусмотренные дыхательные трубки, на конце которых установлены дыхательные клапаны. Дыхательный клапан (рисунок 1.3) с механическим затвором содержат нормально закрытые затворы давления и вакуума. При испаре-

нии нагретых в течение дня продуктов (малое дыхание) или при заполнении резервуара (большое дыхание) давление в паровоздушном пространстве резервуара возрастает. Если это давление достигает давления срабатывания затвора, его тарелка поднимается с седла, и паровоздушная смесь выходит в атмосферу. При охлаждении или при выкачке нефтепродукта из резервуара разряжение в паровоздушном пространстве превышает вакуум срабатывания затвора, и его тарелка поднимается с седла. При этом паровоздушная смесь поступает из атмосферы в резервуар. Значительное количество вредных веществ выделяется во время заправки резервуаров автоцистерной. В процессе наполнения резервуара ЖМТ происходит процесс вытеснения паров бензина через дыхательные клапаны.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гармонов Кирилл Валерьевич, 2019 год

ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ

5.1 Декомпозиция факторов, влияющих на экологическую безопасность

городских АЗС

На основе результатов проведенных теоретических, экспериментальных и численных исследований и с целью контроля за состоянием городской среды под воздействием автозаправочных станций, а также повышения их экологической безопасности, были выявлены факторы, влияющие на распространение вредных веществ от источников выбросов на АЗС.

Для анализа и систематизации всего многообразия факторов, влияющих на возможность формирования неблагоприятной экологической ситуации и определяющих экологическую безопасность АЗС, в работе использован иерархический подход. Декомпозиция вредных факторов по иерархии позволит детализировать и конкретизировать последние с целью организации мониторинга состояния городской среды в целом и экологической безопасности автозаправочных станций в частности.

Так, на рисунке 5.1 представлена схема, учитывающая факторы, влияющие на обеспечение экологической безопасности объектов автозаправочных станций.

Для количественной оценки влияния факторов на распространение вредных веществ все факторы были разбиты на шесть основных категорий:

- природно-климатические (ПК);

- градостроительные (Гр);

- архитектурно-планировочные (АП);

- технологические (Тл);

технические (Тн); качественные (К).

Рисунок 5.1 - Факторы, влияющие на экологическую безопасность городских

АЗС

Природно-климатические факторы (ПК). К ним относятся метеорологические условия (скорость и направление воздушного потока, осадки, туман, штиль, температурная инверсия) и рельеф местности.

Характер распространения, а также скопления вредных веществ, выделяемых на АЗС, около объектов жизнедеятельности человека, зависит от преобладающей скорости и господствующего направления ветра. Скорость ветра влияет на рассеивание вредных веществ над поверхностью земли. Высокая скорость ветра способствует интенсивному перемешиванию выбросов с атмосферным воздухом, что способствует разбавлению вредных веществ в воздухе и снижает концентрацию загрязнений в приземном слое. Влияние скорости ветра на рассеивание выбросов в большей степени характерно для источников загрязнения атмосферы небольшой высоты, с которыми мы и сталкиваемся на АЗС. Размещение АЗС относительно жилой постройки с

учетом господствующего ветра снижает распространение вредных веществ в сторону жилых домов в несколько раз.

Инверсия температуры окружающего воздуха влияет на вертикальное распространение вредных веществ в атмосфере. Температурная инверсия связана с увеличением температуры с высотой вместо обычного понижения. Данное явление препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует накоплению вредных веществ над поверхностью земли, поэтому особо опасно при отсутствии движения воздушного потока (штиля).

Штиль, отсутствие ветра приводит к образованию застойной зоны, вредные вещества практически не перемещаются, скапливаясь непосредственно у источника загрязнения атмосферы.

Туман относится к неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых возрастает опасность загрязнения поверхности земли, так как капли воды, находящиеся в тумане, поглощают из воздушной среды вредные вещества и впоследствии выпадают на поверхность земли. Осадки также поглощают вредные вещества, что способствует очищению воздуха от вредных примесей.

Проведенный анализ неблагоприятных метеорологических условий для Воронежской области в работе [103] подтверждает необходимость учитывать наличие тумана, так как частота появления данного явления в некоторые месяцы достигает 8 дней, что неблагоприятно сказывается на распространении вредных веществ в эти дни (рисунок 5.2).

В подразделе 2.4 рассмотрено распространение вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях (туман и дождь). Установлено, что наличие тумана над мокрой поверхностью АЗС способствует очищению атмосферного воздуха от частиц вредных веществ.

- зоны НМУ для рассеивания вредных веществ по относительной влажности; У - зоны НМУ по скорости ветра и повторяемости штилей

Рисунок 5.2 - График изменения параметров наружного воздуха в течение года для Воронежской области: 1 - наличие тумана; 2 - наличие атмосферных осадков; 3 - штиль; 4 -скорость ветра, и, м/с; 5 -относительная влажность, ф, %; 6 -температура наружного воздуха, °С

Стоит отметить, что метеорологические условия необходимо рассматривать в комплексе, например, наличие тумана, штиля и (или) температурной инверсии ухудшает распространение вредных веществ от АЗС в сторону жилой застройки и способствует выпадению вредных веществ на территории АЗС [160].

На движение воздушного потока, а следовательно, на распространение вредных веществ, влияет рельеф местности. Очень важно учитывать расположение АЗС относительно неровностей земли с учетом направления воздушных потоков. Возвышенности, располагающиеся между жилой застройкой и АЗС, по аналогии с преградами в виде зеленных насаждений, могут оказывать разное влияние на движение воздушного потока в зависимости от высот преград, что в разной степени влияет на распространение вредных веществ. В оврагах и низменностях наблюдается слабое течение воздушных

масс, что ведет к образованию застойных зон и способствует скоплению в них вредных веществ.

Градостроительные факторы (Гр). Учитывают расположение жилых и общественных зданий относительно АЗС и санитарные разрывы между ними, наличие вокруг АЗС сооружений, способствующих сдерживанию распространения вредных веществ: деревьев, кустарников, хозяйственно-бытовых зданий, защитных экранов и заборов.

Санитарный разрыв между АЗС и жилой застройки является одним из определяющих факторов при исследовании распространения вредных веществ. Как было описано выше, разные нормативные документы регламентируют разные расстояния от АЗС до жилой застройки: от 25 до 100 м. Как показали проведенные численные исследования, данных расстояний не всегда хватает для рассеивания вредных веществ, выделяющихся на АЗС. Естественно, чем больше расстояние санитарного разрыва, тем ниже влияние АЗС на прилегающую застройку.

Проведенные исследования разных градостроительных ситуаций в аэродинамической камере и на ЭВМ показали, что расположение между АЗС и жилым домом дополнительных преград (деревьев, кустарников, хозяйственно-бытовых зданий, защитных экранов и заборов) способствует изменению воздушного потока и созданию дополнительных вихревых областей и застойных зон, что влияет на величину концентраций распространяющихся вредных веществ. Наличие дополнительных преград производит газозащитный и шумозащитный эффект. Увеличение количества и размера преград усиливают защитное действие.

Архитектурно-планировочные факторы (АП). Учитывают план и схему расположения объектов на территории АЗС (операторная, топливораз-даточные колонки с навесом, дыхательные трубки, дополнительные хозяйственные сооружения), а также их формы и размеры.

Исследование разных градостроительных ситуаций показало, что количество объектов и их размещение на территории АЗС, а также ее планировка

оказывают существенное влияние на движение газовоздушного потока на АЗС. Например, перпендикулярный вариант размещения АЗС (4-ая градостроительная ситуация) способствует сдерживанию вредных веществ на территории АЗС, в отличие от параллельного варианта (1 -я градостроительная ситуация).

Размеры объектов, размещающихся на АЗС, а также форма крыш операторной, навеса ТРК, хозяйственных построек оказывают влияние на обтекание их воздушными потоками и на распространение вредных веществ от АЗС. За каждым объектом с подветренной стороны здания образуется зона аэродинамической тени (застойная зона), размеры которой зависят от формы и размера обтекаемого объекта. При исследовании застойных зон в работе [89, 129] было принято, что для зданий прямоугольной формы отрыв потока происходит с заднего ребра вершины препятствия, а для препятствия со сферическими поверхностями - по касательной к поверхности. Таким образом, получается, что при обтекании объектов сферической формы образуется аэродинамическая тень конусообразного вида; при обтекании объекта прямоугольной формы аэродинамическая тень может быть представлена в виде пирамиды. Объем аэродинамической тени при обтекании сферических объектов меньше, чем при обтекании прямоугольных. Застойная зона за зданием увеличивается с увеличением его размера. Расположение источников загрязнения атмосферы в зоне аэродинамической тени ухудшает рассеивание вредных веществ.

Технологические факторы (Тл). Учитывают технологические особенности, применяемые на заправке: технология наполнения резервуара (использование газоуравнительной системы), использование современного технологического оборудования, процедуру заправки автомобиля, уровень квалификации работников АЗС.

Одним из основных источников загрязнения атмосферы на территории АЗС является дыхательная трубка, выходящая из резервуара для хранения жидкомазутного топлива. Выброс из резервуара происходит при перепаде

температур (давления) в резервуаре и окружающей среде. Основной же выброс происходит при наполнении резервуара топливом из автоцистерны. Топливо, наполняющее резервуар, вытесняет пары бензина с высокой концентрацией через дыхательную трубку в атмосферу. Наполнение происходит самотеком, поэтому длится продолжительный промежуток времени. Распространение вредных веществ от дыхательной трубки можно снизить, применяя защитные технические средства, или вообще прекратить, предусмотрев газоуравнительную систему перепуска паров из резервуара АЗС в опорожняемую емкость автоцистерны с дальнейшей переработкой паров бензина.

Использование современного технологического оборудования на заправках способствует снижению выделения вредных паров, а также протечек топлива. Применение газоуравнительной системы в пистолете ТРК при заправке бака автомобиля (по аналогии с резервуаром) приведет к повышению экологической безопасности АЗС.

Автотранспортные средства, проезжающие по территории АЗС и ожидающие свою очередь при заправке, вносят существенный вклад в экологическую обстановку на АЗС и на прилегающей территории. Количество выделяемых веществ напрямую связано с продолжительностью заправки автомобиля. Процесс и продолжительность заправки автомобиля зависят от размера АЗС (расстояние от ТРК до операторной), количества касс, наличия заправщиков и их компетентности, количества ТРК, скорости залива топлива из пистолета в бак, объема топливного бака и организации дорожного движения по АЗС.

Компетентность сотрудников АЗС влияет не только на скорость заправки автомобиля, но и на способность быстрого и хладнокровного устранения аварийных и внештатных ситуаций, способствующих значительному выбросу загрязняющих веществ.

Технические факторы (Тн). Учитывают техническое состояние и срок службы оборудования АЗС, состав резервуарного парка (объем, количество,

способ размещения: подземный или надземный), пропускную способность АЗС, что непосредственно связано с количеством ТРК.

С увеличением срока службы оборудования, как правило, ухудшается его техническое состояние, особенно если своевременно не проводятся плановые осмотры, а также текущие и капитальные ремонты. Снижение технического состояния оборудования ведет к увеличению выбросов паров бензина и протечек топлива, связанному с нарушением герметичности топливных трубопроводов и оборудования.

Главным источником загрязнения атмосферы являются резервуары. В связи с этим при оценке влияния АЗС на городскую среду необходимо обязательно учитывать состав резервуарного парка. Естественно, с увеличением количества резервуаров и их объема увеличивается пагубное влияние АЗС на окружающую среду. Также важно учитывать размещение резервуаров (надземное или подземное). Надземное размещение дополнительно опасно тем, что увеличивается риск аварийных ситуаций и вероятность разрыва резервуара, что часто сопровождается пожаром, все это приводит к серьезному экологическому ущербу.

Пропускная способность АЗС связана с количеством ТРК и скоростью заправки автомобиля. Увеличение ТРК способствует уменьшению времени заправки автомобиля, но ведет к увеличению резервуарного парка. На пропускную способность также влияет месторасположение АЗС и интенсивность потока движения автомобилей (около крупных магистралей или вдали от крупных дорог) и расстояние, на котором размещаются другие АЗС, а также их количество (плотность размещения АЗС).

Качественные факторы (К). Учитывают наличие фоновой концентрации вредных веществ в городской среде, вид и качество реализуемого топлива, а также разнородность состава потока транспорта.

При учете влияния АЗС на городскую среду необходимо учитывать фоновый уровень загрязнения атмосферного воздуха, т.е. загрязнения, создаваемого выбросами источников, не расположенных на территории рассмат-

риваемого АЗС. Согласно [81], основное условие, диктующее необходимость учета фоновых концентраций конкретного вещества, выражается следующей формулой:

>0,1, (5.1)

где _пр.у (в долях ПДК) - величина наибольшей приземной концентрации у-

го загрязняющего вещества, создаваемая (без учета фона) выбросами рассматриваемого хозяйствующего субъекта на границе ближайшей жилой застройки в зоне влияния выбросов субъекта.

Качество и вид топлива оказывает существенное влияние на концентрацию выделяющихся вредных веществ. Согласно [79], при заполнении резервуаров и баков автомобилей бензином концентрация паров в выбросах паровоздушной смеси в сотни раз выше, чем при заправке дизельным топливом.

Разнородность состава потока автотранспорта (различные доли автотранспортных средств, относящихся к легковым, грузовым автомобилям, автобусам и др. типам) способствует дополнительному увеличению объемов выбросов загрязнений в атмосферный воздух. С увеличением объема двигателей автотранспорта увеличивается величина выброса вредных веществ. Стоит отметить, что концентрация угарного газа и углеводородов в выбросах автотранспорта, работающего на бензине, выше, чем работающего на дизельном топливе [112].

Природно-климатические (ПК), градостроительные (Гр) и архитектурно-планировочные (АП) факторы влияют на распространение вредных веществ от источников выбросов на АЗС и способствуют снижению концентрации загрязняющих веществ за счет изменения направления и структуры воздушного потока. Технологические (Тл), технические (Тн) и качественные (К) факторы влияют не на процесс распространения газовоздушных потоков, а на изначальное количество выделяемых вредных веществ и способствуют предупреждению крупных выбросов от АЗС.

Отдельно стоит отметить нормативно-правовой фактор, который при количественной оценке не учитывается, но будет принят при разработке дальнейших рекомендаций по повышению экологической безопасности АЗС. Только при условии постоянного дополнения и переработки нормативно-правовой базы и строгого выполнения всех требований нормативных и законодательных документов (СНиПы, СанПиНы, стандарты, НПБ, Правила ЕЭК ООН, технические регламенты и др.) можно повысить уровень экологической безопасности городских АЗС. Это может быть достигнуто только при ужесточении наказаний за нарушение норм при проектировании, строительстве и эксплуатации АЗС.

Одним из этапов оценки экологической безопасности городских АЗС являются анализ статистических данных и численные исследования распространения вредных веществ от городских АЗС, которые включают в себя:

1. Распространение вредных газообразных веществ.

Основными вредными веществами, выделяющимися при эксплуатации АЗС, являются газообразные вещества - пары реализуемого топлива. Основными источниками являются резервуарный парк и ТРК. Оценка перечисленных выше факторов позволяет определить источники выделения вредных газообразных веществ, величину выброса и его концентрацию (состав резерву-арного парка, информация об используемом оборудовании, пропускная способность АЗС, вид и качество топлива и т.д.); траекторию движения воздушного потока (скорость, направление ветра, наличие преград и т.д.), расстояние до жилых и общественных зданий (величина санитарного разрыва), фоновую концентрацию. Полученные данные, с учетом теоретических исследований по распространению газообразных вредных веществ (пункт 2.1, 2.2), позволяют точно оценить величину и концентрацию газообразных вредных веществ возле жилой застройки.

2. Распространение аэрозолей пыли.

Строительство и реконструкция АЗС сопровождается выделением большого количества пыли при выполнении строительно-монтажных работ.

В момент эксплуатации АЗС пыль на ее территорию попадает с колесами заправляющихся автомобилей. Пыль оказывает пагубное воздействие на жизнедеятельность человека, особенно в черте городской застройки. Степень распространения частиц пыли с территории АЗС определяется с учетом полученной информации о траектории движения воздушных потоков, расстоянии до жилой застройки, размерах аэрозоли пыли, а также с учетом теоретических исследований по распространению аэрозолей пыли (пункт 2.3).

3. Распространение вредных веществ от заправляющихся автомобилей.

Одним из основных источников загрязнения городской атмосферы является автотранспорт. При оценке экологической безопасности АЗС необходимо учитывать количество вредных веществ, выделяющихся от автотранспорта, проезжающего через территорию АЗС и ожидающего свою очередь заправки. Информация о пропускной способности АЗС, разнородности состава автотранспортного потока, скорости заправки автомобиля позволяет оценить степень воздействия автотранспорта на окружающую среду при проезде через территорию АЗС.

4. Распространение вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях.

Теоретические исследования (пункт 2.4) по распространению вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях показали, что туман и дождь способствуют очищению атмосферного воздуха от частиц вредных веществ. В связи с этим проводится дополнительная оценка распространения газообразных веществ и аэрозолей пыли с учетом данных о частоте и наличии туманов и дождя.

Результаты, полученные на данном этапе, позволяют оценить влияние АЗС на городскую среду (превышение ПДК вредных веществ у жилой застройки), а также принять решение о необходимости применения мероприятий по повышению экологической безопасности АЗС в черте города.

На рисунке 5.3 представлена детализированная схема оценки экологической безопасности городских АЗС с учетом выявленных факторов. Только в комплексном учете всех факторов можно добиться повышения экологической безопасности как существующей, так и вновь строящейся АЗС в черте города.

Рисунок 5.3 - Детализированная схема оценки экологической безопасности АЗС с учетом выявленных факторов Для оценки необходимости принятия решений (мероприятий) в зависимости от результата контроля состояния городской среды необходимо выполнение многокритериального анализа выявленных факторов, влияющих на экологическую безопасность АЗС.

5.2 Многокритериальный анализ факторов, влияющих на распространение вредных веществ от источников выбросов

За основу механизма определения экологической безопасности АЗС в ходе многокритериального анализа факторов [56, 152] принята оценка факторов, влияющих на распространение вредных веществ от АЗС. Все множество факторов Ы, в соответствии с выполненной декомпозицией, было разбито на шесть основных категорий (подмножеств): природно-климатические (ЛгпК); градостроительные (Л^гр); архитектурно-планировочные (Л'ап); технологические (ЛГТл); технические (^Тн); качественные (^К).

Для реализации процедуры анализа была составлена оценочная карта (таблица 5.1), которая представляет собой общую систему критериев оценки, позволяющих оценить степень влияния того или иного фактора воздействия выбросов от источников на АЗС на окружающую среду, а в дальнейшем - результативность внедряемых мероприятий для снижения воздействия АЗС на городскую застройку.

Таблица 5.1 - Оценочная карта факторов, влияющих на экологическую безопасность АЗС

Критерии оценки

N

Факто

ры N

N

Гр

N

N

N1

N

Получаемый результат

1

N

ПК;

N

Гр;

N.

ап;

N

Тл;

N

Тн;

N

к;

к;

N

N

Гр2

N.

N1

N1

N

Ь 2=Ш

к2

N

ПКЗ

N

ГрЗ

N.

АПЗ

N

ТлЗ

N

ТнЗ

N

КЗ

Ь з=Ш

кЗ

N

хт

хт

хт

хт

хт

Т

Показатель экологической безопасности АЗС (т - максимально возможное количество баллов по всем критериям)

Т = К • 100%

т

2

3

Для сопоставления различных факторов Ык, измеряемых в разных по диапазону и размерности шкалах, предлагается использовать относительный

безразмерный показатель К, отражающий степень приближения абсолютного показателя факторов Ыи к минимальному и максимальному (Т) показателям. Относительный показатель описывается зависимостью К= (Ытги, ..

• • -5 Ытах)•

На основе проведенных исследований, а также рассмотренных факторов, предложено 27 значимых показателей - критериев оценки, влияющих на распространение вредных веществ от АЗС (таблица 5.2). Для каждого критерия прописаны возможные варианты соответствия, принятые по результатам анализа нормативной технической и методической документации, а также научных трудов, посвященных обеспечению экологической безопасности объектов транспортной инфраструктуры. Каждому варианту присвоено определенное количество баллов. Величина присваиваемых баллов для каждого критерия (варианта) зависит от степени их влияния на экологическую безопасность АЗС.

Все принятые критерии относятся к типу стимуляторов. Стимуляторами называют показатели, которые должны иметь максимально возможное значение, в отличие от дестимуляторов.

Таблица 5.2 - Критерии оценки экологической безопасности городских АЗС

Обозначение Наименование Варианты соответствия Количе-

критерия (М) критерия ство баллов

Фактор ПК - Природно-климатический тах 30

Ыпк1 Скорость господствующего ветра (количественный стимулятор) - ниже 2 м/с 0

- 2,1-5 м/с 3

- 5,1-7 м/с 5

- свыше 7 м/с 7

ЫпК2 Направление господствующего ветра (качественный стимулятор) - господствующий ветер направлен от АЗС к жилой застройке 0

- господствующий ветер направлен от АЗС к жилой застройке под углом 45° 3

- господствующий ветер направлен от АЗС к жилой застройке под углом 90° 7

- господствующий ветер направлен в противоположную сторону от жилой застройки 7

Частота наличия - 0-10 дней в год 0

NПК3 туманов - 11-30 дней в год 1

(количественный стимулятор) - 31-60 дней в год 2

- свыше 60 дней в год 3

Количество осадков - 0-200 мм в год 0

NПК4 (количественный стимулятор) - 201-500 мм в год 1

- 501-1000 мм в год 2

- свыше 1000 мм в год 3

Частота штиля и тем- - менее 30 дней в год 0

N^5 пературной инверсии (количественный стимулятор) - 31-40 дней в год 1

- 41-60 дней в год 2

- свыше 60 дней в год 3

Рельеф местности (качественный - жилая застройка располагается ниже АЗС; 0

стимулятор) - АЗС и жилая застройка размещается 0

в низине;

- АЗС располагается ниже жилой за- 3

стройки;

- АЗС и жилая застройка располагает- 4

ся на равнине

- АЗС располагается с подветренной

Nпк6 стороны возвышенности высотой до 5 м 4

- АЗС располагается с подветренной

стороны возвышенности высотой 5

от 5 м

- между АЗС и жилой застройкой рас-

полагается возвышенность высотой до 5 м 6

- между АЗС и жилой застройкой рас-

полагается возвышенность высотой от 5 м 7

Фактор Гр - Градостроительный тах 48

Место расположения производственная зона 15

АЗС жилая зона 7

(качественный стимулятор) ландшафтно-рекреационная зона 0

Величина санитарного - менее 25 м 0

разрыва между АЗС и - 25-50 м 2

N^2 жилой застройкой - 51-75 м 4

(количественный стимулятор) - 76-100 м 7

- свыше 100 м 10

Наличие преград - нет преград 0

между АЗС и жилой - заборы 2

N^3 застройкой (качественный стимулятор) - защитные экраны, декоративное ограждение 4

- нежилые хозяйственные постройки 6

- зеленые насаждения (высотой менее 4

10 м шириной посадки менее 15 м)

- зеленые насаждения (высотой менее 10 м шириной посадки более 15 м)

- зеленые насаждения (высотой от 10 до 20 м шириной посадки менее 15 м)

- зеленые насаждения (высотой от 10 до 20 м шириной посадки более 15 м)

- зеленые насаждения (свыше 20 м шириной посадки менее 15 м)

- зеленые насаждения (свыше 20 м шириной посадки более 15 м)_

8 10

17 15

20

ЫГр4

Плотность расположения АЗС (в радиусе 1 км от АЗС)

(количественный _стимулятор)_

отсутствуют

1-2

3 и более

1 0

Фактор АП

Ыап1

Архитектурно-планировочный

Схема расположения

АЗС относительно движения воздушного потока

(качественный стимулятор)

тах 25

3

Ыап2

Ыапз

Наличие дополнительных отдельностоящих

объектов (магазин, мойка, хозяйственные помещения) на территории АЗС, влияющих на движение воздушного потока (количественный стимулятор) Формы крыш сооружений и навеса над ТРК

(качественный стимулятор)

А=1 Б=4

А=6 Б=0

А=6 Б=4

А=2 Б=5

А=7 Б=1

Размеры объектов, размещенных на территории АЗС

(количественный стимулятор)

МАП4

- навес над 2 ТРК и размеры операторной менее 130 м

- навес над 3-4 ТРК и размеры операторной от 131 до 220 м

- навес над 3-4 ТРК и размеры операторной свыше 221 м

- навес над 5 ТРК и размеры операторной от 131 до 220 м

- навес над 5 ТРК и размеры операторной свыше 221 м

2

- навес над более чем 5 ТРК и размеры

операторной свыше 221 м

0 1 2

3

4

5

Фактор Тл - Технологический

тах 30

Ытл1

Технология наполнения резервуара

(качественный стимулятор)

- наполнение осуществляется без применения защитных технических средств

- наполнение осуществляется с применением газоуравнительной системы

- наполнение осуществляется с применением других защитных технических средств

15

Ытл2

Использование современного технологиче-

- без использования современных технологий

0

7

0

ского оборудование, обеспечивающего снижения выбросов (качественный стимулятор) - с использованием современных технологий 7

N^3 Средняя скорость заправки (обслуживания) автомобиля (количественный стимулятор) - менее 5 минут 5

- 5-10 минут 3

- 10-15 минут 1

- более 15 минут 0

N^4 Компетентность и профессионализм работников АЗС (качественный стимулятор) - начинающие работники АЗС без опыта работы 0

- малоопытные работники с опытом работы от 2 лет 2

- опытные высококвалифицированные работник с опытом работы от 5 лет 3

Фактор Тн - Технический max 34

Ытп1 Техническое состояние оборудования (качественный стимулятор) - соответствует техническим нормативам, оборудование стабильно исправно, проводятся плановые мероприятия 5

- соответствует техническим нормативам, происходят выходы из строя оборудования, плановые мероприятия проводятся несвоевременно 3

- не соответствует техническим нормативам, частые выходы из строя, плановые мероприятия не проводятся 0

NТн2 Срок службы оборудования (количественный стимулятор) - до 3 лет 5

- 3-7 лет 3

- 7-10 лет 2

- свыше 10 лет 0

N^3 Количество топливно-раздаточных колонок (количественный стимулятор) - 1-2 ТРК 7

- 3-4 ТРК 5

- 5-6 ТРК 2

- более 6 ТРК 0

N^4 Общий объем резервуаров (количественный стимулятор) - менее 200 м3 10

- 200-400 м3 7

- 401-600 м3 4

- 601-800 м3 2

- свыше 800 м 0

N^5 Тип размещения резервуаров (качественный стимулятор) - наземное 0

- подземное 7

Фактор К - Качественный max 15

Nrj Наличие фоновой концентрации (качественный стимулятор) - отсутствует 2

- присутствует 0

Nr2 Вид реализуемого - только бензин 0

топлива (качественный стимулятор) - бензин и дизельное топливо 1

- только дизельное топливо 3

Ыкз Качество реализуемого топлива (качественный стимулятор) - соответствует нормам 3

- не соответствует нормам 0

Ык.4 Пропускная способность АЗС (количественный стимулятор) - менее 250 автомобилей в сутки 7

- 251-500 автомобилей в сутки 5

- 501-750 автомобилей в сутки 3

- 751-1000 автомобилей в сутки 1

- свыше 1000 автомобилей в сутки 0

Примечание: 1. При определении критериев МПК6, МГр3: если выполняются сразу несколько вариантов, баллы суммируются, но не могут превышать максимальное значение для данного критерия (Xбаллов < тах).

2. При определении критериев ЫАП1, ЫАп3: принимается наиболее близкий вариант для рассматриваемой АЗС.

Результатом многокритериального анализа факторов является показатель оценки экологической безопасности АЗС (¥), позволяющий комплексно оценить влияние всех факторов и опосредованно охарактеризовать степень негативного воздействия АЗС на городскую среду не только существующих АЗС, но и вновь проектируемых, предварительно оценив возможный вред от их эксплуатации в дальнейшем:

¥ = — -100%. (5.2)

т

где к - сумма баллов по всем критериям;

т - максимально возможное количество баллов по всем критериям.

Показатель экологической безопасности АЗС (¥) служит критерием принятия решений. Для обоснования принятия решений в соответствии с полученным значением показателя экологической безопасности АЗС предложена рейтинговая система определения класса экологической безопасности АЗС (таблица 5.3).

Таблица 5.3 - Рейтинговая система оценки класса экологической безопасности АЗС

Показатель экологической безопасности АЗС (¥) Класс экологической безопасности АЗС

91-100% А+ (высоко экологичный)

71-90% А (экологичный)

51-70% В (средней экологичности)

21-50% С (опасный)

0-20% Б (высокоопасный)

Класс экологической безопасности АЗС уровня А+ (высокоэкологичный) соответствует такому состоянию АЗС и прилегающей территории, при котором воздействие источников выбросов на АЗС не наносит ущерба для окружающей среды и жизнедеятельности человека. Данный класс безопасности АЗС соответствует экологически чистым предприятиям.

Класс экологической безопасности АЗС уровня А (экологичный) отражает такое состояние АЗС и прилегающей территории, при котором воздействие источников выбросов на АЗС соответствует минимуму ущерба для окружающей среды и обеспечивает комфортность среды жизнедеятельности. Соответствует четвертой категории предприятий по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация загрязняющих веществ не превосходит нормативных значений).

Класс экологической безопасности АЗС уровня В (средней экологично-сти) отражает такое состояние АЗС и прилегающей территории, при котором воздействие источников выбросов на АЗС обеспечивает приемлемый ущерб для окружающей среды, для устранения которого требуется применение минимального количества мероприятий. Соответствует третьей категории предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация загрязняющих веществ незначительно превосходит нормативные значения).

Класс экологической безопасности АЗС уровня С (опасный) отражает такое состояние АЗС и прилегающей территории, при котором воздействие

источников выбросов на АЗС обеспечивает значительное влияние на окружающую среду и дискомфорт среды жизнедеятельности, на устранение которых потребуются применение значительного количества мероприятий. Соответствует второй категории предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация загрязняющих веществ превосходит нормативные значения в несколько раз).

Класс экологической безопасности АЗС уровня Э (высокоопасный) отражает такое состояние АЗС и прилегающей территории, при котором воздействие источников выбросов на АЗС обеспечивает максимальный ущерб для окружающей среды и обусловливает ее деградацию. Соответствует первой категории предприятий по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация загрязняющих веществ значительно превосходит нормативные значения). Данный класс безопасности недопустим в практике хозяйственной деятельности, т.к. АЗС является серьезным источником выделения вредных веществ, пагубно влияющих на городскую среду и жизнедеятельность людей. Подобная ситуация требует принятия безотлагательных мер и внедрения максимально возможных защитных мероприятий.

Пример оценки экологической безопасности АЗС на основе многокритериального анализа факторов (для г. Воронеж) представлен в приложении В.

В зависимости от класса экологической безопасности АЗС и оцененного состояния городской среды могут быть даны рекомендации по экологической реконструкции АЗС и определен набор мероприятий, необходимых для повышения экологичности городских АЗС любого класса.

5.3 Методика оценки экологической безопасности городских АЗС

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также с учетом предложенных факторов и критериев, влияющих на экологическую безопасность АЗС, выделено три основные группы

мероприятий, способствующих повышению экологичности городских АЗС [6]:

- конструктивно-технические;

- организационно-правовые;

- планировочно-градостроительные.

К конструктивно-техническим мероприятиям относятся решения, закладываемые в проекты конструкций основных узлов АЗС (топливно-раздаточные колонки, резервуарный парк), а также в технологический процесс заправки автотранспортного средства и наполнения резервуаров для хранения жидко-мазутного топлива с целью снижения выбросов от АЗС. Учитываются технические решения, препятствующие распространению газовоздушной смеси от АЗС к жилой застройке. В данную группу входят следующие мероприятия:

- совершенствование существующих и создание новых устройств, используемых для заправки автотранспорта (заправочный пистолет и топ-ливно-раздаточная колонка) и наполнения резервуаров, с целью снижения величины выбросов в окружающую среду;

- обеспечение своевременной качественной диагностики и быстрого ремонта технических узлов АЗС, выходящих из строя;

- использование защитных конструкций (строительство экранов, стенок, заборов и т.д.), препятствующих распространению вредных веществ;

- использование очистного оборудования для снижения концентрации вредных веществ, выделяющихся из резервуара при его наполнении из автоцистерны;

- использование газоуравнительной системы перепуска паров из резервуара АЗС в опорожняемую емкость автоцистерны при ее наполнении с дальнейшей переработкой паров бензина;

- применение газоуравнительной системы в пистолете ТРК при заправке бака автомобиля;

- внедрение современного технологического оборудования, способствующего снижению вероятности выброса вредных веществ и способного ускорить процесс заправки автотранспорта [64, 109, 136, 141];

- своевременная замена технического оборудования, исчерпавшего свой ресурс работы;

- прокладка резервуара подземным способом для снижения возможной аварийной и внештатной ситуации;

- уменьшение резервуарного парка, снижение количествоа резервуаров и (или) их объема, что приведет к уменьшению количества ТРК.

Организационно-правовые мероприятия направлены на совершенствование нормативно-правовой базы в области охраны окружающей среды, на контроль за выполнением требований нормативных и законодательных документов (СНиПы, СанПиНы, НПБ, технические регламенты, стандарты, Правила ЕЭК ООН и др.), на повышение эффективности административных и экономических мер к руководящим организациям АЗС в целом и к виновным работникам в частности, а также на увеличение пропускной способности АЗС. К числу основных мероприятий данной группы относятся:

- актуализация действующих нормативных технических и методических документов. Противоречие нормативных документов, а порой и неопределенный статус документов одного вида, и их разобщенность существенно затрудняют понимание и пользование ими. Это порождает значительные трудности в практической работе по проектированию и строительству, а также проведению экологических экспертиз АЗС [86];

- увеличение скорости обслуживания заправляемого автотранспорта за счет увеличения касс, обслуживающего персонала, а также повышение уровня компетентности и квалификации сотрудников АЗС за счет проведения обучающих мероприятий, практических занятий по совершенствованию обслуживания автотранспорта, работы с водителями автотранспортных средств, работы, связанной с наполнением резервуаров, организации движе-

ния по территории АЗС, а также семинаров по обучению действиям при внештатных и аварийных ситуациях на АЗС;

- проведение регулярного планового осмотра работоспособности всего оборудования согласно установленному графику в соответствии с регламентирующими нормативными документам;

- установление жестких экологических ограничений на величину выбросов от городских АЗС и введение штрафов и других экономических санкций за нарушение правил и норм охраны окружающей среды, а в случае систематического нарушения экологических норм при строительстве и эксплуатации АЗС привлечение виновных к уголовной ответственности.

Мероприятия планировочно-градостроительного характера сводятся к выявлению рациональных решений размещения АЗС с учетом их влияния на движение воздушных потоков, распространяющих вредные вещества на АЗС и прилегающей к ней территории. К ним относятся:

- размещение между АЗС и жилой застройкой дополнительных препятствий для организации движения воздушных потоков (кустарники, деревья, хозяйственно-бытовые здания), способствующих минимизации вредного воздействия на прилегающую территорию;

- создание искусственного рельефа местности (искусственные возвышенности между АЗС и жилым зданием);

- изменение формы крыш объектов, располагающихся на территории АЗС, и угла наклона навеса над ТРК с целью изменения траектории движения воздушного потока и его турбулентности;

- при проектировании вновь строящихся или проектируемых АЗС необходимо соблюдать нормы градостроительного проектирования:

а) не размещать АЗС в ландшафтно-рекреационной зоне, минимизировать размещение в жилой зоне;

б) не располагать АЗС при наличии поблизости существующих АЗС;

в) предусмотреть наибольший санитарный разрыв от АЗС до жилых зданий (свыше 100 м);

г) применять схему АЗС, способствующую сдерживанию вредных веществ на территории АЗС за счет организации движения воздушных потоков.

В современных условиях достичь реально ощутимого эффекта в сохранении и улучшении состояния окружающей среды возможно только при комплексном использовании перечисленных выше мероприятий. Основными защитными мероприятиями, влияющими на организацию территории, входящей в зону влияния АЗС и воздействующими на движение газовоздушного потока от АЗС и распространение вредных веществ, а следовательно, определяющими степень воздействия АЗС на окружающую среду, являются пла-нировочно-градостроительные.

Показатель экологической безопасности АЗС как критерий принятия решений позволяет выделить из всего многообразия мероприятий те, которые подходят именно для данного класса экологической безопасности АЗС и призваны способствовать повышению экологичности. В таблице 5.4 представлен перечень защитных мероприятий для каждого класса экологической безопасности АЗС.

Таблица 5.4 -Мероприятия по повышению экологической безопасности городских АЗС

Установленный в ходе оценки класс экологической безопасности АЗС Рекомендуемые мероприятия по обеспечению экологической безопасности АЗС Предполагаемая величина повышения показателя экологической безопасности АЗС (на основе оценочной карты)

А+ (высоко экологичный) мероприятия по повышению экологической безопасности АЗС не требуются -

А (экологичный) - посадка зеленых насаждений (высотой менее 10 м шириной посадки менее 15 м) 3%

- установка защитных экранов, заборов, декоративных ограждений 3%

- наполнение резервуара осуществлять с применением защитных технических средств 4%

- повышение уровня компетентности и квалификации работников АЗС 1-2%

- проведение плановых осмотров и ремонтов, применение оборудования соответствующего техническим нормативам 2-3%

- замена старого оборудования на новое 1-3%

В (средней экологичности) - посадка зеленых насаждений (высотой менее 10 м шириной посадки более 15 м) 3%

- посадка зеленых насаждений (высотой от 10 до 20 м шириной посадки менее 15 м) 6%

- наполнение резервуара осуществлять с применением защитных технических средств 4%

- применение современного технологического оборудования 4%

- повышение уровня компетентности и квалификации работников АЗС 1-2%

- проведение плановых осмотров и ремонтов, применение оборудования соответствующего техническим нормативам 2-3%

- замена старого оборудования на новое 1-3%

С (опасный) - постройка нежилых зданий и сооружений 4%

- посадка зеленых насаждений свыше 20 м шириной посадки менее 15 м) 8%

- наполнение резервуаров осуществлять с применением газоуравнительной системы 8%

- применение современного технологического оборудования 4%

- снижение скорости заправки автомобиля 1-2%

- повышение уровня компетентности и квалификации работников АЗС 1-2%

- проведение плановых осмотров и ремонтов, применение оборудования соответствующего техническим нормативам 2-3%

- замена старого оборудования на новое 1-3%

- снижение количества и объема резервуаров 2-6%

- уменьшение количества ТРК 2-4%

D (высокоопасный) - создание искусственного рельефа местности 4%

- посадка зеленых насаждений (высотой от 10 до 20 м шириной посадки более 15 м) 9%

- посадка зеленых насаждений свыше 20 м шириной посадки более 15 м) 11%

- изменение формы крыши объектов и угла наклона навеса над ТРК 2-4%

- наполнение резервуаров осуществлять с применением газоуравнительной системы 8%

- применение современного технологического оборудования 4%

- снижение скорости заправки автомобиля 1-2%

- повышение уровня компетентности и квалификации работников АЗС 1-2%

- проведение плановых осмотров и ремонтов,

применение оборудования соответствующего 2-3%

техническим нормативам

- замена старого оборудования на новое 1-3%

- предусмотреть подземное размещение резер- 4%

вуаров

- снижение количества и объема резервуаров 2-6%

- уменьшение количества ТРК 2-4%

Для АЗС низких классов экологической безопасности необходимо проводить максимально возможный набор защитных мероприятий.

На основе предложенных защитных мероприятий принимаются решения и разрабатываются проекты по реконструкции АЗС и благоустройству прилегающей территории.

Для вновь проектируемых и строящихся АЗС, помимо предложенных выше мероприятий по повышению экологической безопасности (таблица 5.4), необходимо также учитывать: