Прогнозирование класса опасности веществ на основе выборочных данных об их физико-химических и медико-биологических свойствах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Дербишер, Евгения Вячеславовна

• Дербишер, Евгения Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дербишер, Евгения Вячеславовна

Введение.

Глава 1 Теория и методика определения расчетных характеристик экологической опасности веществ.ю

ЫСовременные вычислительные методы оценки экологических свойств химических соединений.ю

1.2 Расчетные методы и приемы оценки экологической опасности веществ.

1.3 Верификация экологических свойств органических соединений.

1.3.1. Ранжирование.

1.3.2. Классификация веществ по экологической опасности.

1.3.3.Обработка экологической информации.зо

1.3.4. Экологическая экспертиза веществ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование класса опасности веществ на основе выборочных данных об их физико-химических и медико-биологических свойствах»

Прежде чем обратиться непосредственно к рассмотрению тематики данной диссертации, были оценены общие усилия научно-технических работников в решении и анализе задач в области инженерной экологии и экосистем. Для этого использована методика построения информационных потоков (методика использования ИГ1 см.[1,2]) по обработанным методами математической статистики данным реферативного журнала "Химия" за период с 1983 по 2005 год. Полученные результаты представлены на рис.1.

Видно, что интерес к проблемам экологии, судя по приросту количества публикаций, в последние десятилетия растет, и особенно - в области инженерной экологии. Это свидетельствует в частности о том, что не уменьшается (а даже растет) число проблем в этой области и даже появление новых средств для их решения не снижает необходимости наращивать усилия в этом направлении. С этой точки зрения данная работа находится в общем русле современной экологической реки

700,0 з я 500,0 S С ю 400,0 С о

С 300,0 о

S т 200,0 z

100,0

0,0 ре / .Й.1 i ; j." г / / ■ ч л'/.' - 1

8а | 1 Ир Щ . 1 проблемы инженерной "экологии проблемы экосистем

1983 1989 1990 1995 2000 2002 2003 2004 2005

ГОДЫ

Рис. 1. Рост числа публикаций по экологическим проблемам химии и химической технологии.

Теперь о рассматриваемой в диссертации проблеме. Создание химических экотехнологий, которые мало влияют на окружающую среду, тесным образом связано с экологическим нормированием, проектированием и введением в хозяйственный оборот новых веществ. На начальном этапе, как правило, хорошо изученными являются их основные, в частности "активные" потребительские свойства и в меньшей степени экологические. Оставляя их на "потом" (учитывая сложность и большие затраты на экологическую экспертизу) несомненно, Выражаю благодарность профессору ВолгГТУ Дербишеру Вячеславу Евгеньевичу за научное сотрудничество. совершается ошибка, так как даже в период постановки технической задачи, научных изысканий, апробаций и полупромышленных испытаний необходимо предельно сокращать кругооборот вредных веществ в окружающей среде и предугадывать возможные экологические последствия.

В связи со сказанным, возникает проблема предварительной оценки, учитывая воздействия вводимых в оборот веществ на окружающую среду, желательно на основе принятого кадастра норм допустимых загрязнений (обоснованность этих норм - это отдельный сложный и весьма запутанный вопрос) и понятной системы критериев.

При этом, принятая в мировой практике концепция предельно-допустимых норм концентраций (ПДК) веществ в воздухе, в воде, в почве, рабочей зоне и т.д. неразрывно связана с классами опасности веществ. При этом классы опасности используются при нормировании экологической деятельности и ограничительных действиях. Удобных и обоснованных расчетных методов определения этой характеристики на основе знаний о составе вещества, структуре составляющих его компонентов, физико-химических параметров в полном объеме на сегодня не существует, хотя серьезные работы по определению частных экологических свойств, таких как общая токсичность, канцерогенность, мутагенность и др., в рамках работ по оценке возможных фармакологических свойств веществ, их биологической активности с целью создания новых лекарственных препаратов проводятся довольно активно [3] и имеется ряд компьютерных систем позволяющих прогнозировать эту активность, анализируя, например, только структуру соединения [4].

Используя этот опыт, в настоящей работе мы попытались разработать теоретическую концепцию и методику расчетной оценки классов опасности веществ и на практических примерах показать что она может дать и как она может быть воплощена в жизнь.

В целом, данная работа выполнена в области прикладной (инженерной) экологии и экологического нормирования, и отчасти связана с комплексной оценкой факторов экологического риска при попадании вредных веществ в окружающую среду (в том числе производственную), а также предназначена для нормирования проектной и предпроектной деятельности, обеспечения экологически обоснованных норм, на минимизацию воздействия вредных веществ на живую природу.

Было учтено, что введение в промышленный оборот новых веществ с неизвестными экологическими характеристиками, такими как: класс опасности, LD50, ПДК, ПДВ, токсичность и многочисленные другие - ведет к осложнению и без того достаточно напряженной экологической обстановки в окружающей среде и невозможность экологически оценить результаты таких действий[5]. В то же время экспериментальное установление указанных характеристик требует длительного дорогостоящего и кропотливого труда. Например, установление, скажем, нормативов ПДК ".требует больших финансовых затрат и времени. Так, разработка ПДК для одного пестицида может занять от 3 до 5 лет, а затраты только на оценку составляют около 350 тыс. долларов США"[6].

Сказанное позволяет оценить, как актуальную задачу, создание методики расчетного определения (прогнозирования) нормативных экологических характеристик веществ на основе обработки выборочных данных об их физико-химических свойствах так как, последние во многих случаях легко определяются экспериментально для реальных веществ или имеются в справочниках, а для проектируемых или виртуальных химических структур могут быть рассчитаны компьютерными средствами, например с помощью современного химического графического редактора (программы) ChemSketch 8.0 и др.

В качестве исходных посылок для разработки указанной методики в настоящей работе использованы идеи классификации (классификационные модели) принятые в системном анализе, связанные с распознаванием образов по обучающей выборке, а в качестве экологической характеристики веществ - класс опасности, при этом предполагалось, что между физико-химическими свойствами и классом опасности веществ есть зависимость представленная на рис. 2, аналогичная зависимости "структура-свойство".

Исследования такого рода, постановлением Президиума РАН от 13.01.98, выделены в приоритетное направление 3.2 Зависимость структура - свойство [7]. В качестве исходных положений были приняты следующие:

Рис.2 Связь между объектами исследования

1. Смесь веществ разных классов опасности имеют класс опасности тот, который соответствует самому вредному веществу, то есть:

- смесь веществ первого класса опасности имеет первый класс опасности;

- смесь веществ первого класса опасности и любых других имеет первый класс опасности;

- смесь веществ второго класса опасности может быть веществом второго класса опасности или веществом первого класса опасности;

- смесь веществ третьего класса опасности имеет третий класс опасности или второй, или первый;

- смесь веществ четвертого класса опасности представляет собой не обязательно малоопасное вещество;

2. Вещества или их набор, имеющие сходные физико-химические характеристики, обладают сходными классами опасности.

Последнее является главным при постановке настоящей работы.

Цель работы: состоит в доказательстве наличия статистической связи между классом опасности и набором выборочных данных физико-химических и медико-биологических характеристик веществ и на этой основе, в разработке методики прогнозирования класса опасности веществ для помощи в экологическом нормировании.

Для достижения цели выполнена следующая работа: проведена верификация и кластеризация информации об экологических свойствах более 600 органических соединений отдельно для жидких, твердых и газообразных веществ; разработана методика представления физикохимических характеристик в нормированном виде с использованием нечетких множеств; доказано наличие статистической связи "класс опасности - выборочный набор физико-химических параметров веществ"; разработана методика оценки класса опасности вещества по классификационным примерам; проведен вычислительный эксперимент, даны практические рекомендации.

Научная новизна:

1.Доказано наличие линейной статистической зависимости класса опасности веществ от их выборочных физико-химических характеристик, поставлена, дано научное обоснование и решена задача использования этой зависимости для оценки класса опасности по классификационным моделям и на этой основе нормирования воздействия вредных веществ на окружающую среду путем ограничительных мероприятий.

2. Для устранения нечеткости физико-химических и медико-биологических характеристик и анализа данных о физико-химических и токсикологических свойствах веществ, обработки экспертной экологической информации разработана методика использования нечетких множеств.

3.Наличие связи "класс опасности - физико-химические характеристики веществ" использовано в вычислительном эксперименте по экологическому нормированию малоизученных органических веществ.

Основные методы исследования: При выполнении диссертационной работы использована методология нормирования экологической деятельности, анкетирование специалистов, методы оценки экологического риска, создание классификационных моделей, элементы статистической теории подобия, параметрические методы обработки экспериментальной информации, идеи теории нечетких множеств, отдельные разделы математической статистики и теории вероятности. Вычислительная часть работы выполнена с применением программ MS Access (Microsoft Office XP component, лицензия № 10.0.2701), Internet Explorer (лицензия № 6.00.2600.0000), MS Word, MS Exsel (техническая подборка и программная оболочка Abx Soft, лицензия № 10.0.2701) и персонального компьютера Intel Celeron 734 МГц. Практическая значимость.

1.Создана вычислительная методика прогнозирования классов опасности веществ на основе обработки выборочных данных об их физико-химических свойствах для регулирования экологического воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду.

2.Создан вычислительный инструмент, помогающий совершенствовать методы проектирования и создания экологически безопасных технических систем и нормирование проектной и изыскательской деятельности, обеспечивать минимизацию антропогенного воздействия на живую природу.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Для целей экологического нормирования может быть использована информационная зависимость класса опасности веществ от их физико-химических и медико-биологических характеристик, которая является научной основой вычислительной методики прогнозирования классов опасности веществ.

2. Результаты экспертизы, априбрного ранжирования, определения весомости физико-химических параметров веществ при оценке их экологической опасности.

3. Методика прогнозирования класса опасности веществ.

Заключение диссертации по теме «Экология», Дербишер, Евгения Вячеславовна

113 Выводы

1. Разработана методика прогнозирования класса опасности веществ на основе обработки выборочных данных об их физико-химических свойствах для обеспечения экологически обоснованных норм воздействия хозяйственной деятельности человека на экосистему.

2. Проведена экспертная оценка весомости вклада физико-химических и медико-биологических параметров в экологическую опасность: выявлена согласованность мнений экспертов, обоснована зависимость "физико-химические и медико-биологические свойства вещества - токсичность", выработана методика использования этой зависимости для нормирования проектной деятельности, для обеспечения минимизации антропогенного воздействия на живую природу.

3. В методике нормирования экологических параметров веществ созданы четыре обучающие выборки, применен кластерный анализ, дана оценка достоверности полученных данных, которая составила по контрольным выборкам 0,75 (75%), что дает количественные ориентиры при обосновании принятия экологических решений в проектной и экспертной деятельности.

4. Разработанные модели, методики и экспертные оценки проверены вычислительным экспериментом на экзаменационных выборках, для прогнозирования классов опасности органических соединений, что позволяет рекомендовать их к использованию органам, нормирующим экологическую деятельность для комплексной оценки экологической опасности промышленных производств и экспертизы проектно-изыскательской деятельности, а также в научно-исследовательской практике.

5. Предложено материалы диссертации использовать в учебном процессе высшей школы и системе повышения квалификации как современное средство проведения экологической экспертизы веществ, экологического нормирования и прогнозирования экологических параметров малоисследованных веществ.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях

1. Компьютерное конструирование формул активных добавок для полимерных композиций /Гермашев И.В., Дербишер Е.В., Дербишер В.Е., Желтобрюхов В.Ф. //Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-15. Секция 10. Математическое моделирование процессов и систем: Сборник трудов XV Международной научной конференции /Тамбов, гос. технич. ун-т и др.- Тамбов, 2002.- Том 10.- С.129-131.

2.0пределение расчетного индекса экологической опасности веществ методами нечеткой математики/Гермашев И.В., Дербишер Е.В., Веденина Н.В., Дербишер

B.Е.//Химическая промышленность сегодня.-2003.-№11.-С. 27-34.

3.Анализ экологических проблем производства химических волокон на основе моделирования информационных потоков / Корчагина Е. В., Дербишер В. Е., Гуляева И.А., Веденина Н.В.//Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-16:Сб. тр. XVI Междунар. науч. конф., г. Ростов н/Д, 27-29 мая 2003 / Рост.-на-Дону гос. акад. с.-х. машиностр. и др.- Ростов н/Д, 2003.- Том 4, секции 4,6.

C.97-98.

4.Диагностика возможной активности производных адамантана в полимерных композициях методами молекулярного дизайна/Орлов В.В., Дербишер В.Е., Зотов Ю.Л. Васильев П.М., Гермашев И.В., Дербишер Е.В., Колоскова А.Ю. //Химическая промышленность 2003.- Т. 80, №2.-С.46-55.

5.Применение методов нечеткой математики для исследования полимерных систем /Гуляева И.А., Дербишер В.Е., Корчагина Е.В., Дербишер Е.В. // Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-16:Сб. тр. XVI Междунар. науч. конф., г. Ростов н/Д, 27-29 мая 2003 / Рост.-на-Дону гос. акад. с.-х. машиностр. и др.- Ростов н/Д, 2003.- Том 4, секции 4,6.-С. 201-202.

6. Экологическая диагностика химических структур на ранних стадиях проектирования / Дербишер Е.В., Веденина Н.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е.// Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-16:Сб. тр. XVI Междунар. науч. конф., г. Ростов н/Д, 27-29 мая 2003 / Рост.-на-Дону гос. акад. с.-х. машиностр. и др.- Ростов н/Д, 2003.- Том 4, секции 4,6.-С.26-27.

7.Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Дербишер Е.В. Сортировка веществ по экологическим использованием нечетких множеств //Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. VI традиционной науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002.- С. 134-136.

7.Корчагина Е.В., Дербишер Е.В., Дербишер В.Е. Анализ экологических задач в технологии получения и переработки химических волокон на основе исследования информационных потоков //Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. VI традиционной науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУи др.- Волгоград, 2002.- С.137-138.

8.Методика компьютерного конструирования органических соединений в качестве активных добавок к полимерным композициям /Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Цаплева М.Н., Дербишер Е.В. //Химическая промышленность.- 2002.-N6.-C.43-48.

9.Методика прогнозирования активных добавок к полимерным композициям /Дербишер Е.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Желтобрюхов В.Ф. //Физико-химия процессов переработки полимеров: Тез. докл. II Всерос. науч. конф. (с междунар. участ.), 14-16 окт. 2002 г. /Ивановский гос. химико-технологич. ун-т и др.- Иваново, 2002.- С.76-77.

Ю.Подбор безопасных добавок для полимерных композиций с использованием информационных технологий /Дербишер Е.В., Колесникова Е.А., Гермашев И.В., Цаплева М.Н., Колоскова А.Ю., Дербишер В.Е. //Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. VI традиционной науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002.- С. 125.

11 .Разработка методики вычислительной экспертизы органических соединений /Дербишер Е.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Желтобрюхов В.Ф. //Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-15. Секция 4. Моделир. и проектир. экол. безопасных проц. и систем: Сборник трудов XV Международной научной конференции /Тамбов, гос. технич. ун-т и др.- Тамбов, 2002.- Том 4.- С.45-46.

12.Дербишер Е.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е. Компьютерная диагностика свойств органических соединений //Y региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 21-24 нояб. 2000 г.: Тез. докл. /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2001.- С.56-58.

13.Компьютерное конструирование активных добавок для поливинилхлорида /Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Зотов Ю.Л., Цаплева М.Н., Коннова (Дербишер) Е.В., Васильев П.М. // Пластические массы.- 2001.-N7.- С.36-38.

14.Компьютерное конструирование органических соединений в качестве добавок для полистирола /Цаплева М.Н., Дербишер В.Е., Гермашев И.В., Дербишер Е.В. //Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: Докл. междунар. конф. "Композит-2001", 3-5 июля 2001 г. /Саратов, гос. техн. ун-т.- Саратов, 2001.- С. 173175.

15.Оценка свойств текстильных материалов с помощью нечетких множеств /Гермашев И.В., Кокорина Т.М., Дербишер В.Е., Коннова (Дербишер) Е.В. //Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленность (Прогресс - 2001): Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф., 21-24 мая 2001 г. /Ивановск. гос. текст, акад. и др.- Иваново, 2001.- С. 167-168.

16.Компьютерная методика прогнозирования экологически чистых композиций на основе полиэтилена /Колесникова Е.А., Коннова Е.В., Цаплева М.Н., Дербишер В.Е. //Процессы и оборудовани экологических производств: Тез. докл. V традицион. науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2000.- С. 105-107.

17.Конструирование органических добавок для поливинилхлорида на основе вычислительного эксперимента /Дербишер Е.В., Дербишер М.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е. //Тез. докл. юбилейного смотра-конкурса науч., конструкторских и технолог, работ студ. ВолгГТУ, Волгоград, 15-17.05.2000г. /ВолгГТУ.- Волгоград, 2000.- С.57-58.

18.Методика экспертизы экологической опасности полистирольных композиций с помощью вычислительного эксперимента /Цаплева М.Н., Коннова Е.В., Колесникова Е.А., Дербишер В.Е. //Процессы и оборудование экологических производств: Тез.докл. V традицион. науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУ и др.-Волгоград, 2000.- С. 107-109

19.0ценка экологической опасности химических соединений на основе нечетких множеств /Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Феофанова JI.H., Коннова (Дербишер) Е.В. //Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. V традицион. науч.-техн. конф. стран СНГ /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2000.- С.140-141.

20.Репрезентативность статистической базы данных экспертной системы прогноза органических добавок к полимерным композитам /Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Колоскова А.Ю., Дербишер Е.В. //Пластические массы.- 2000.-N7.- С.20-21.

21.Дербишер Е.В., Гермашев И.В., Дербишер В.Е. Разработка метода экспертизы токсикологической опасности органических соединений на основе вычислительного анализа и химических формул //IV межвуз. конф. студ. и молод, учен. Волгограда и Волгоград, обл., Волгоград, 8-11 дек. 1998 г.: Тез. докл. /ВолгГТУ и др.- Волгоград, 1999.- С. 15-16.

22.Применение вычислительной техники для автоматизации исследований свойств и конструирования органических соединений с использованием статистических баз данных /Дербишер В.Е., Гермашев И.В., Дербишер Е.В., Васильев П.М. //Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии: Сб. науч. тр. /ВолгГТУ.- Волгоград, 1999.- С.60-63.

23 .Компьютерное конструирование химических соединений с заданными свойствами/Гермашев И.В., Дербишер В.Е., Цаплева М.Н., Дербишер Е.В. //Теоретические основы химической технологии.-2004.-Т.38,№1.-С.90-95.

118

Заключение

Таким образом, изложенные выше материалы и методики показывают сложность, многогранность и незавершенность поставленных задач и их решения для целей экологического нормирования. Однако, экспериментальный, математический и программный материал, накопленный сегодня, позволяет вести широкие разносторонние экологические исследования как реальных, так и виртуальных веществ, в том числе с ограниченным привлечением натурного эксперимента. В рамках информационных технологий можно решать эти задачи в автоматизированном виде по примерной схеме показанной рис. 1.3.

Рис.1.3. Общая схема оценки экологической опасности веществ вычислительным методом при экологическом нормировании.

Глава 2. Теория и практика экологического нормирования на основе применения понятия "класс опасности веществ"

Область экологического нормирования - это "научная, правовая, административная и иная деятельность, направленная на установление предельно допустимых норм воздействия (экологических регламентов, нормативов) на окружающую среду, при соблюдении которых не происходит деградация экосистемы, гарантируется сохранение биологического разнообразия и экологической безопасности населения. В узком смысле экологическое нормирование - деятельность, в результате которой происходит обоснование норм (в том числе нормативов) экологических [68]. Основная проблема здесь заключается в том, чтобы были определены научно-обоснованные пределы воздействия на окружающую среду, исходя из долгосрочных общественных интересов в сохранении качественных и количественных свойств и характеристик биосферы [69].

Стандартизацию в экологии Закон РФ от 10 июня 1993г. "О стандартизации" определяет, как деятельность по установлению норм, правил и характеристик (требований) в целях обеспечения: а) безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; б) качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; в) единства измерений; г) экономии всех видов ресурсов; д) безопасности хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций.

Нормирование и стандартизация являются одной из функций государственного управления охраной окружающей среды и природопользованием. В числе основных нормативно - правовых актов, регулирующих отношения в области экологического нормирования и стандартизации следует назвать Закон РСФСР "Об охране окружающей природной среды", раздел IV которого -"Нормирование качества окружающей природной среды" - определяет систему экологических нормативов и стандартов, критерии их установления, органы, ответственные за разработку и утверждение этих нормативов. Законом РСФСР "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" определяются требования к санитарно-гигиеническому нормированию в области охраны среды обитания. Правовые основы экологической стандартизации устанавливаются Законом РФ "О стандартизации" [70].

Важную роль в экологическом нормировании играет "Порядок разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов", утвержденный постановлением Правительства РФ от 3 августа 1992г. В системе нормативных правовых актов, регулирующих отношения в рассматриваемой области, имеется значительное число норм по экологическому нормированию и стандартизации, например, "Положение о Государственном комитете РФ по охране окружающей среды", утвержденном постановлением Правительства РФ от 30 мая 1997г, "Положение о Министерстве здравоохранения РФ", утвержденном постановлением Правительства РФ от 3 июня 1997г, "Положение о Государственном комитете РФ по стандартизации, метрологии и сертификации", утвержденном постановлением Правительства РФ от 25 декабря 1992г. [70].

В саму систему экологических нормативов и стандартов входят:

• нормативы качества окружающей среды;

• нормативы предельно-допустимого вредного воздействия на состояние окружающей среды;

•экологические стандарты;

•нормативы использования природных ресурсов;

• нормативы санитарных и защитных зон.

Для данной работы главное значение имеют первые три. При этом, нормативы качества окружающей среды в связи с воздействием на нее веществ устанавливаются в форме нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Нормативы качества окружающей среды выполняют ряд функций:

• устанавливают предельные величины вредных химических, физических и биологических воздействий на природную среду;

• служат для оценки состояния атмосферного воздуха, почв по химическим, физическим и биологическим характеристикам;

•учитываются при оценке воздействия планируемой хозяйственной деятельности, реализация которой будет связана с отрицательным воздействием на природу.

Иной подход предлагает экономист Международного банка реконструкции и развития Герман Дейли. По его мнению, предельная интенсивность выбросов загрязняющих веществ не должна превышать темпов, с которыми эти вещества перерабатываются, поглощаются или теряют вредные для окружающей среды свойства (например, канализационные стоки можно спускать в реки или озера со скоростью, при которой природные экосистемы имеют возможность их переработать) [71].

В законодательстве сформулированы общие принципы нормирования допустимого отрицательного воздействия на окружающую среду. В соответствии с Законом "Об охране атмосферного воздуха" они заключаются в том, что вредные воздействия на воздух, для которых не существует соответствующих нормативов, могут допускаться в исключительных случаях по разрешениям, выдаваемым специально уполномоченными на то государственными органами на определенный срок, в течение которого должен быть установлен соответствующий норматив.

К настоящему времени установлен значительный массив нормативов ПДК и классов опасности вредных веществ в окружающей среде и ориентировочно-безопасных уровней воздействия (ОБУВ): для атмосферного воздуха - ПДК более 500 вредных веществ и ОБУВ более 1100 веществ; для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения - ПДК более 1600 вредных веществ и ОБУВ более 200 веществ; для почв - более 100 ПД вредных веществ и около 70 ориентировочно допустимых концентраций [69].

Основные трудности в области прогнозирования и нормирования в экологической области представляются следующими:

• изменчивость критерия оценки и нормирования экологических параметров;

• смена социальных приоритетов и сильное влияние экономических факторов и конъюнктуры;

• неоднозначность оценок и подходов в самом экологическом нормировании и их широкий диапазон;

• низкооперативное реагирование заинтересованных сторон или отсутствие такового на заключения нормирующих экологическую деятельность органов;

• высокая затратность и масштабность экологических ограничительных мероприятий;

В данной работе такие масштабные задачи затрагиваются лишь в части использования при экологическом нормировании классов опасности веществ, являющихся стандартизованной характеристикой и возможности их прогнозирования.

В практике экологического нормирования используется большое число показателей, которые в принципе можно оценивать (прогнозировать) теоретически. В принципе цели экологического прогнозирования и на этой основе нормирования хозяйственной деятельности сводятся: а) к определению направления борьбы с загрязнением окружающей среды; б) рационализации и оптимизации природопользования; в) минимизации нежелательных экологических последствий от техногенного процесса.

Решение задач в этом направлении помогает оценить механизмы воздействия загрязнителей на природную среду, источники их возникновения и накопления, связь с факторами физического, химического, биологического и социального характера, раскрывает динамику их взаимодействия с природными и технико-экономическими процессами с эволюцией воздушных, водных, почвенных масс, в том числе сельскохозяйственных угодий, животным и растительным миром, заболеваниями последних и т.д. Здесь необходимо учитывать действие как отдельных компонентов и факторов, так и их произвольных или систематизированных наборов. При этом необходимо активно вводить ограничительные меры, позволяющие снизить или даже ликвидировать экологический риск.

В литературе [20] отмечается, что реализация принципов экологического прогнозирования и нормирования во многих случаях затрудняется и искажается из-за "неправильного построения прогнозных моделей и тенденциозной интерпретации получаемых с их помощью результатов, отражающих субъективные установки прогнозистов. Важное значение для прогнозирования имеет возможность получения и измерения исходной экологической информации, ее переработка и последующая доступность для использования. Основные из них кратко рассмотрены ниже.

2.1 Нормативные экологические показатели и их характеристика.

Класс опасности -I- чрезвычайно опасное вещество; II -высокоопасное вещество; III -умеренно опасное вещество; IV -малоопасное вещество.

КПВ-концентрационные пределы взрываемости, в % по объему.

ЛД5о - летальная (смертельная) доза вещества, вызывающая гибель 50% подопытных животных.

ЛК5о (ЛКюо) - летальная (смертельная) концентрация вещества, вызывающая при вдыхании (мыши -2ч., крысы - 4ч.) гибель 50 % (100%) подопытных животных.

ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия химического вещества в атмосферном воздухе, установленный расчетным путем (временный норматив - на 3 года).

ПДВ - предельно-допустимый выброс загрязняющих веществ в атмосферу, при котором обеспечивается соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населенных мест в случае наиболее неблагоприятных для рассеивания условий.

ПДКм.р. - предельно-допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест. Эта концентрация не должна при вдыхании в течение 30 мин вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека.

ПДКс.с. - предельно-допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного действия при неопределенном долгом (годы) воздействии.

ПК - пороговая (минимальная действующая) концентрация.

ППК - подпороговая (максимально недействующая) концентрация.

ППКодор и ПК0дор - подпороговая и пороговая концентрация по ощущению запаха.

ППК0СТ и ПКост - подпороговая и пороговая концентрации острого действия, установленные на лабораторных животных при однократном ингаляционном воздействии.

ППКр и ПКР - подпороговая и пороговая концентрации раздражающего действия для человека или лабораторных животных.

ППКСВ ч. и ПКСВЛ. - - подпороговая и пороговая концентрации по влиянию на световую чувствительность глаза.

1111Кхр и ПКхр - - подпороговая и пороговая концентрации хронического действия, установленные на лабораторных животных при ингаляционном воздействии.

ППКцнс и ПКцнс - - подпороговая и пороговая концентрации по влиянию на функциональную деятельность центральной нервной системы.

2.2 Классы опасности веществ как нормативный показатель.

Характеристикой, положенной в основу работы, является класс опасности веществ, который определяется Государственным стандартом (ГОСТ 12.1.007-76 от 10 марта 1976г., изм. Постановлением Гос. ком. СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 28.03.90 №625) [72], которая распространяется на вредные вещества, содержащиеся в сырье, продуктах, полупродуктах и отходах производства.

По степени воздействия на организм вредные вещества в этом стандарте подразделяют на четыре класса опасности охарактеризованные в табл.2.1

Класс опасности веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в табл.2.2. Отнесение вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому показателю вредности, независимо от того каковы другие показатели (см. табл.2.2).

2.2.1 Основные нормативные требования безопасности при использовании вредных веществ.

В соответствии с ГОСТ 12.01.007-76 [72] на предприятиях, производственная деятельность которых связанна с использованием вредных веществ, должна быть обеспечена:

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ Таблица 2.1 БИБЛИОТЕКА

Характеристики классов опасности веществ

Вещества Класс опасности

Характеристика Токсичность

Чрезвычайно опасные Высокая 1

Высокоопасные Умеренная 2

Умеренно опасные Низкая 3

Малоопасные В малых дозах отсутствует 4

- разработка нормативно-технических документов по безопасности труда при производстве, применении и хранении вредных веществ;

- выполнен комплекс соответствующих организационно-технических, санитарно-гигиенических и медико-биологических мероприятий;

Ограничительными мероприятиями, обеспечивающими экологическую безопасность, применительно к тематике данной работы в этом случае должны быть:

- замену более вредных веществ менее вредными, сухих способов переработки пылящих материалов - мокрыми;

- выпуск продуктов в непылящих формах;

- замену пламенного нагрева электрическим, твердого и жидкого топлив -газообразным;

- ограничение содержания вредных веществ в исходных материалах, полупродуктах, конечных продуктах;

- применение прогрессивных технологических операций: замкнутый цикл, автоматизация, комплексная механизация, дистанционное управление, непрерывность процессов производства, автоматический контроль процессов и операций, по возможности исключение контакта человека с вредными веществами;

- использование производственного оборудования и коммуникаций, не допускающих выделения вредных веществ в воздух рабочей зоны более ПДК при нормальном ведении технологического процесса, а также безопасную эксплуатацию санитарно-технического оборудования и устройств (отопления, вентиляции, водопровода, канализации);

- применение специальных систем по улавливанию и утилизации вредных веществ и очистку от них технологических выбросов,

- нейтрализацию отходов производства, промывных и сточных вод; включение в стандарты или технические условия на сырье, продукты и материалы токсикологических характеристик вредных веществ;

- включение данных токсикологических характеристик вредных веществ в технологические регламенты;

В экологических стандартах предусматриваются и другие обязательные меры

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дербишер, Евгения Вячеславовна, 2005 год

1. Корчагина Е.В. Закономерности развития информационных потоков в области полимерных и волокнистых материалов //Авт. дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук /Волг. гос. техн. ун-т.-Волгорад.-2004.-23с.

2. Дербишер В.Е., Васильева В.Д., Дейнега Е.В., Коннова Е.В. Распределение информационного потока в текстильной промышленности // Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.-2001.-№6.-С.114-115

3. Стьюпер Э., Брюггер У., Джуре П. Машинный анализ связи химической структуры и биологической активности. Пер. с англ.-М.: Мир, 1982.-235с.

4. Голендер В.Е., Розенблит А.Б. Вычислительные методы констрирования лекарств.-Рига:Зинатне, 1983 .-3 52с.

5. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах в аатмосферу. Справочник.-Л.: Химия, 1986.-207с.

6. Хоружая Т.А. Методы оценки экологической опасности.-М.: "Экспертное бюро-М".-1998.-224с.

7. Изв. Акад. наук. Серия химическая.-1998.-№3.-С.551.

8. Вронский В.А. Прикладная экология М.: "Феникс",1996.-382с.

9. Васильев П.М., Орлов В.В., Дербишер В.Е. Прогноз канцерогенной опасности органических соединений методом шансов // Хим.-фарм. журн.-2000.-Т.34, №7,-С. 19-22.

10. Бреслаухов А. Г., Васильев П. М. // Тез. докл. Первой Всесоюзной конференция по теоретической органической химии: в 2 т. Волгоград, 1991.- Т. 2.- С. 498.

11. Vassiliev P.M., Breslaukhov A.G. Hiersrchial language for description of structures of bioactive compounds // Second World Congress of Theoretical Organic Chemist: Abstract. Toronto, 1990.-abstr.A-38.

12. Filimonov D., Poroikov V., Borodina Y., and Gloriozova T. Chemical Similarity Assessment through Multilevel Neighborhoods of Atoms: Definition and Comparison with the Other Descriptors // J. Chem. Inf. Comput. Sci.-1999.-Vol.39.-p.666-670.

13. Дербишер В.Е., Бодрова Г.Г., Землянская Н.Н., Васильев П.М. // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. 1995. Т. 38. Вып. 4-5. С. 129.

14. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных: Справ, изд. / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. М.: Финансы и статистика, 1983. С. 167-168.

15. Рабочая книга по прогнозированию / Редкол. И.В.Бестужев-Лада (отв. ред.) М.:Мысль,1982.-430с.-С.315-318.

16. Васильев П.М., Орлов В.В., Дербишер В.Е. Прогноз канцерогенной опаности органических соединений методом шансов //Химико-фармацевтическтй журнал.-2000.-Т.34. №7.-С. 19-22.

17. Васильев П.М., Дербишер В.Е., Орлов В.В. // Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов: Межвуз. сб. науч. тр./ Волгоградский гос. технич. ун-т. 1999. С. 57-61.

18. Вахапова Г.М., Чиркова А.Г. Оценка потенциальной опасности опасных производственных объектов по интегральному параметру на примеретехнологических установок НПЗ // Безопасность жизнедеятельности.-2004.-№2.-с.24-27.

19. Кармолин А.Л., Сыромятников Ю.П. Интегральная оценка условий труда // Гигиена и санитария.- 1987.-№9.-с.40-41.

20. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности: Справ. Изд. / С.А. Айвазян, В.М. Бухштабер, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; Под ред. С.А.Айвазяна.-М.:Финансы и статистика, 1989.-607с.

21. Красовский В.О., Красногорская Н.Н., Королева Е.А. Применение формализованных математических методов для гигиенической оценки производственной среды // Безопасность жизнедеятельности.-2004.-№2.-с.10-16.

22. Ишалин Э.Р., Гасилов B.C., Г.Н. Зиннатуллина Прогностическая оценка потенциальных опасностей территории Республики Татарстан //Безопасность жизнедеятельности.-№1.-2004.-с.38-40.

23. Руководство по гигиене атмосферного воздуха / Под ред. К.А. Буштуевой.-М.Медицина, 1976.- 416 с.

24. Fishbein L.,Cederlof R.// Environmental health perspectives.- 1978.- V. 22.- P.45- 66.

25. Санитарно-защитные зоны. Требования к выбору площадок для строительства и проектированию генеральных планов. М.: Строй-издат, 1972.-е. 123.

26. Палюх Б.В. Особенности построения мониторинга безопасности объектов городского хозяйства / Б.В. Палюх, А.Н.Ветров, В.Н. Петрашевич //

27. Математические методы в химии и технологиях. MMXT-XI: Сборник трудов. Т.З.Владимир, 1998.-С.138

28. Зб.Чемоданов А.В. Имитационная модель процесса воздействия производства на окружающую природную среду / А.В. Чемоданов М.В. М.В. Ольшевский // Математические методы в химии и технологиях. MMXT-XI: Сборник трудов. Т.З.Владимир, 1998.-С. 129.

29. Колесникова Е.А. Анализ и обработка информации о химических структурах для предпроектной экологической экспертизы веществ: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / ВолгГТУ .-Волгоград, 2002.- 23с.

30. Компьютеры,мод ели, вычислительный эксперимент. Введение в информатику с позиций математического моделирования / Авт.пред. Самарский А.А.- М.:Наука, 1988.-176с., ил.

31. В.Д.Федоров, В.В.Сахаров, А.П.Левич Количественные подходы к проблеме оценки нормы и патологии экосистемы. // Человек ибиосфера.-М.: Изд-во МГУ, 1982. Вып.6.

32. Жемчужников Ю.М., Кочин О.Е., Эделыптейн Ю.Д. Определение вероятных источников выбросов вредных веществ в атмосферу // Математические методы в химии и технологиях MMXT-XI: Сб. тр. XI международной конференции.- ВлГУ.-В ладимир, 1998 .-с .141.

33. Егоров А.Ф. Разработка моделей для оценки экологического риска /Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Макарова А.С. и др. //Математические методы в химии и технологиях (ММХТ-11): Сб. тез. докл. 11 Межднародн. научной конф.-Т.2.-ВлГУ.-Владимир, 1998.-c.187.

34. Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н. Клубовые модели загрязнения окружающей среды //Математические методы в химии и технологиях (ММХТ-11): Сб. тез. докл. 11 Межднародн. научной конф.-Т.2.-ВлГУ.-Владимир, 1998.-е. 189.

35. Гермашев И.В., Дербишер В.Е. Избранные лекции по нечеткой математике и примеры ее применения в химической технологии: учебное пособие /Волгоградский гос.техн. ун-т.-Волгоград, 2004.-152с.

36. Молотков А. П. Прогнозирование эксплуатационных свойств полимерных материалов. — Минск: Вышэйша школа, 1982. — 192 с.

37. Мешалкин В. П. Экспертные системы в химической технологии. — М.: Химия, 1995. —368 с.

38. Krieger James Drug design software debuts in Chicago/ Chem. and Eng. News. — 1993. — 71, N38. — C. 37-39.

39. Дербишер В. Е., Гермашев И. В., Колесникова Е. А. Компьютеризированная методика прогнозирования активных добавок к полимерным композициям// Пластические массы. — 1999. — №2. — С. 32-36.

40. Химические добавки к полимерам: Справочник/ Под ред. И. П. Масловой — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1981. — 262 с.

41. Барштейн Р. С., Кирилович В. И., Носовский Ю. Е. Пластификаторы для полимеров. — М.: Химия, 1982. — 197 с.

42. Рэнби В., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров: Пер. с англ. — М.: Мир, 1978. — 676 с.

43. Sanderson R. D., Schneider D. F., Schreuder I. Synthesis of difiiran diesters from furfural, and their evaluation as plasticizers for polyvinyl chloride// J. Appl. Polym. Sci. — 1995. — V. 55, №13. — C. 1837-1846.

44. Ingram Jim E., Hookanson Stephen H. Effect of plasticizer functionality on the performance properties of flexible PVC compounds// J. Vinyl Technol.— 1994. — V. 16, №1. —C. 21-25.

45. Гермашев И. В., Дербишер В. Е. Оптимизация состава полимерных композиций с использованием теории нечетких множеств// Теоретические основы химической технологии. — 2001. — Т. 35, №4. — С. 440-443.

46. Гермашев И. В., Дербишер В. Е., Орлова С. А. Оценка активности антипиренов в эластомерных композициях с помощью нечетких множеств/ Каучук и резина. —2001. —№6, —С. 15-17.

47. Методика компьютерного конструирования органических соединений в качестве активных добавок к полимерным композициям /Гермашев И.В., Дербишер

48. B.Е., Цаплева М.Н., Дербишер Е.В. //Химическая промышленность.- 2002.-N6.1. C.43-48.

49. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения/ Под ред. Р. Р. Ягера. — М.: Радио и связь, 1986. — 408 с.

50. Снакин В.В. Экология и охрана природы. Словарь-справочник. Под ред. Академика А.Л.Яншина, M.:Academia, 2000.-384с., ил..

51. Бринчук М.М. Экологическое право (право окружающей среды): Учебник для высших юридических учебных заведений.-М.: Юристъ, 2000.-688с.

52. Б.В.Ерофеев Экологическое право России: Учебник.-М.: Юристъ, 2001.-712с.

53. Herman Daly. Toward Some Operational Principles of Sustainable Development // Ecological Economics. 1990.2.P. 1-6

54. ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. "Вредные вещества". Классификация и общие требования безопасности.73 .ГОСТ 12.1.005-76 ССБТ "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".

55. Э.Е. Нифантьев, Миллиареси Е.Е. Курс органической химии Часть1 : Учебник для вузов.-М.: Прометей 1993.-312с.

56. Кирлан С.А. Влияние структурных параметров азолов на их токсические свойства и прогноз токсичности //Дис. на соиск. уч.ст. канд. хим. наук.-Уфа, Уфим. гос. нефтяной ун-т.-1999.-126с.

57. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. Раздел III. Выбор параметров оптимизации и факторов. М.:МИСиС.-1971 .-107с.

58. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математический статистики.М.: Наука.-1965.-511с.

59. Блох Э.Л., Лошинский Л.И., Турин В.Я. Основы линейной алгебры и некоторые ее приложения. М.:Высшая школа, 1971.-211с.

60. Бородюк В.П., Вощинин А.П. Ошибки регистрации независимых переменных в задачах множественной регрессии.- Заводская лаборатория, 1973, т.34, №7, с.831-835.

61. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Статистика, 1974.-192с.8 5.Математический энциклопедический словарь /Гл. ред. Ю.В.Прохоров.-М.:Сов.энциклопедия.-1988.-847., ил.

62. Шкодич П.Е., Желтобрюхов В.Ф., Клаучек В.В. Эколого-гигиенические аспекты проблемы уничтожения химического оружия.-Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2004,с.137-138.

63. Андрукович П.Ф. Применение метода главных компонент в регрессионном анализе.- Заводская лаборатория, 1970, т.36, №3, с.312-316.

64. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика, 1987.-192с.

65. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Изд-во МГУ, 1989.-224с.

66. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлргия.-1969.-158с.Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок.М.: Статистика.-1974.-160с

67. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ / Пер с англ. М.: Статистика, 1973 .-3 51 с.

68. Рохвагер А.Е., Шевяков А.Ю. Математическое планирование научно-технических исследований. М.: Наука, 1975.-440с.

69. Райская Н.И., Терехин А.Т., Френкель А.А. Кластерный анализ и его применение. -Заводская лаборатория, 1972. Т.38, №10, с. 1222-1228.

70. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.:Статистика.-1974.-160с.

71. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука ,1991.-312с.

72. Калихман И.Л. Линейная алгебра и программирование. М.: Высшая школа, 1992.-218с.

73. Льюис Р., Галантер К. Психофизические шкалы.-В кн. Психологические измерения / Пер. с англ. М.: Мир.-1967.-126с.

74. ЮО.Юл. Дж. Э., Кендэл М. Дж. Теория статистики / Пер. с англ. М.: Госстатиздат.-1960.-780с.

75. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании / Г.М. Добров, Ю.В. Ершов, Е.И. Левин, Л.П. Смирнов.- Киев.: Наукова думка,.-1974, с.54-59. 102.Дьякова Н.С., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ / Пер. с англ. Статистика.-1973 .-3 51 с.

76. ЮЗ.Гласс Дж., Стэнли Дж. Статистические методы в педагогике и психологии / Пер. с англ. М.:Прогресс.-1976.-436с.

77. Ю4.Васильев Ф. П. Численные методы решения экстремальных задач.— М.: 45.Наука, 1988. — 552 с.

78. Никольский С. М. Курс математического анализа: В 3 т. — М.: Наука, 1990. — Т. 1. —528 с.

79. Юб.Виноградов Ю.С. Сборник задач по применению математической статистики и теории вероятностей в текстильной и швейной промышленности.-М.: Изд-во "Легкая индустрия", 1986.-266с.

80. Ю7.Климов Д.С. Синтез реакции и применение адамантилсодержащих производных имидовых кислот // Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. хим. наук/ ВолгГТУ, Волгоград, 2000.-24с.