Снижение уровня загрязнения атмосферы промышленного центра за счет перевода автомобильного транспорта и систем отопления на альтернативные топлива и проведения организационно-технических мероприятий: На примере г. Бийск тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Лиходед, Елена Валерьевна

• Лиходед, Елена Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лиходед, Елена Валерьевна

Введение.

Глава 1. Комплексная оценка техногенного воздействия на экологическую ситуацию промышленных центров (г. Бийск).

1.1 Социально экологическая ситуация промышленного центра (г. Бийска).

1.2 Воздействие антропогенных факторов на здоровье населения и окружающую природную среду.

1.3 Влияние выбросов загрязняющих веществ автотранспортных средств на человека и окружающую среду.

Выводы.

Глава 2. Исследование выбросов загрязняющих веществ и проведение расчетов рассеивания (г. Бийск).

2.1 Исследование плотности транспортных потоков основных магистралей промышленного центра и расчет выбросов загрязняющих веществ автотранспортом.

2.2 Проведение районирования территорий г. Бийска по городской застройки и расчет выбросов загрязняющих веществ от отопительных систем частного сектора.

2.3 Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере города и расчет уровней загрязнения от выбросов автотранспорта и отопительных систем частного сектора.

Выводы.

Глава 3. Разработка методов снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу промышленных центров.

3.1 Разработка технических направлений по снижению негативного воздействия автотранспортных средств на уровень загрязнения атмосферы г. Бийска.

3.2 Совершенствование отопительных систем частного сектора городской застройки и использование альтернативных видов топлива.

3.3 Оценка экономического ущерба, причиняемого выбросами загрязняющих веществ в атмосферу города.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение уровня загрязнения атмосферы промышленного центра за счет перевода автомобильного транспорта и систем отопления на альтернативные топлива и проведения организационно-технических мероприятий: На примере г. Бийск»

Актуальность темы. Негативное влияние антропогенных факторов на окружающую среду является на сегодняшний день проблемой требующей первоочередного решения. Защита атмосферы от вредных воздействий, возникающих в результате эксплуатации автомобильного транспорта, промышленных предприятий и других объектов, является крайне актуальной, поскольку от качества атмосферного воздуха в наибольшей степени зависит не только здоровье человека, но и в целом качество жизни на планете.

С каждым годом растет число автотранспортных средств, совершенствуются системы отопления частного сектора, выбросы которых осуществляются в приземный слой атмосферы над территорией промышленных центров, появляются новые технологии борьбы с вредными выбросами, но, несмотря на это, качество атмосферного воздуха оставляет желать лучшего. Поэтому разработка методологий снижения выбросов загрязняющих веществ (ЗВ), средств контроля и управления уровнем загрязнения с целью уменьшения техногенного воздействия на атмосферу является в настоящее время очень актуальной.

В данной работе при решении задачи формирования техносферы разработаны теоретические и практические основы комплексной оценки сложившейся ситуации промышленного центра (на примере г. Бийск) в результате антропогенного воздействия на окружающую среду автотранспорта и частного сектора, предложена базовая модель расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха и перспективные пути управления и оздоровления экологической ситуации.

Состояние проблемы. Город Бийск, как типичный промышленный центр, испытывает большие экологические нагрузки по ЗВ, которые содержатся в выбросах различных источников загрязнения окружающей природной среды (ОПС). По оценке состояния атмосферы, проведенной в 2003г., г. Бийск включен в список самых загрязненных городов Российской Федерации. Для конкретной территории техногенное воздействие этих веществ негативно определяется географическим местом расположения города. Кроме этого, ситуацию усугубляют факторы, характерные для всего Алтайского края, такие как радиоактивное загрязнение в результате испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне, применение > пестицидов в сельском хозяйстве, падение отделяющихся ступеней ракет, трансграничные переносы ЗВ, радоновое загрязнение определенных зон и т.д. Поэтому, разработка методологии получения достоверной информации по уровню загрязнения определенных зон промышленного центра, с учетом выбросов автотранспортных средств, количество которых ежегодно увеличивается, и других неконтролируемых источников, таких как частный сектор, является крайне актуальной для проведения природоохранной деятельности. Актуальность этих проблем и необходимость их решения в комплексе определили выбор темы исследования. Анализ литературы по теме диссертации показывает, что основными источниками загрязнения атмосферы промышленных центров являются промышленные предприятия, а также автомобильный транспорт и отопительные устройства частного сектора, выбросы которых производятся непосредственно в зону дыхания человека, произрастания растений и развития животного мира. Исходя из выше изложенного, были сформулированы цель и задачи исследований.

Цель работы состоит в исследовании и разработке методов оценки и управления загрязнением атмосферы промышленного центра выбросами ЗВ автотранспорта и частного сектора путем разработки мероприятий по снижению уровня загрязнения атмосферы промышленного центра.

Поставленная в работе цель достигалась решением следующих основных задач: разработать методы оценки экологической ситуации и организации экологического мониторинга промышленного центра на примере г. Бийска путем обработки данных по выбросам в атмосферу ЗВ автотранспортом и топочными устройствами частного сектора; создать управляемую систему мониторинга, на основе объединенных программных комплексов (ПК) «Эра» и «CPS Graph», с целью гибкого управления качеством воздушного бассейна города с числовым и картографическим представлением результатов; провести исследования по загруженности транспортных потоков городской территории и создать базу данных по параметрам выбросов ЗВ автотранспорта; провести исследование градостроительной ситуации г.Бийска с выделением районов частного сектора и создать базу данных по параметрам выбросов ЗВ отопительных устройств частного сектора; провести расчеты рассеивания ЗВ в атмосфере города на основе созданных баз данных по выбросам автотранспорта, частного сектора с использованием разработанного в работе программного комплекса; разработать технико-организационные мероприятия по снижению негативного воздействия автотранспорта и частного сектора, с использованием альтернативного топлива.

Объектом исследования является уровень загрязнения в приземном слое атмосферы города от техногенного воздействия выбросов автотранспорта и частного сектора, его контроль и регулирование.

Методы исследования: В работе использовались как теоретические (математическое моделирование, численные расчеты на ЭВМ, использование теории планирования эксперимента), так и экспериментальные методы исследования. Исходные данные были получены путем обследования транспортных магистралей и анализа градостроительной ситуации г. Бийска.

Определение величины выбросов от автотранспортных средств, требует обширных исследований загруженности основных городских трасс с учетом видов автомобилей, плотности потоков, расчета количества выделяемых токсичных веществ и их рассеивания в атмосфере города с использованием стандартных методик. Выбросы от отопительных систем частных котельных определяются в соответствии с расположением территорий частного сектора, конструкций и количества печей, вида и расхода топлива.

Защита воздушного бассейна территорий промышленных центров может производиться различными методами, включающими, наряду с технологическими методами, средства по предотвращению негативного воздействия на окружающую среду. Поэтому разработка и эффективное внедрение таких мероприятий является перспективным направлением в решении выше названной проблемы.

Научная новизна заключается в следующем и включает:

1. Решение задачи создания управляемой системы экологического мониторинга атмосферы промышленного центра на основе полученных в ходе проведения работы данных по выбросам ЗВ и их рассеивания.

2. Разработку объединенного блока геоинформационной системы на основе ПК «Эра» и «CPS Graph», позволяющего осуществлять гибкое управление и контроль за качеством атмосферного воздуха города с получением результатов в числовом и картографическом виде.

3. Проведение исследований по загруженности транспортных магистралей г. Бийска автотранспортными средствами на основании натурных измерений.

4. Проведение районирования территории г.Бийска по жилой застройке и выделение территорий частного сектора.

5. Создание базы данных по выбросам загрязняющих веществ от автотранспорта и частного сектора в атмосферу г. Бийска.

6. Проведение расчетов уровней загрязнения атмосферы города от выбросов ЗВ автотранспортом, частным сектором и их совместном воздействие с получением результатов в численном и картографическом вариантах.

7. Разработку технологических и организационных мероприятий по снижению уровня загрязнения, вызванного автотранспортными средствами и системами отопления частного сектора, и оценку их экономической эффективности.

Практическая ценность. На основе натурных исследований созданы базы данных по параметрам выбросов транспортных потоков на 12 автодорогах города Бийска, разделенных на 65 прямолинейных участков, и отопительных устройств частного сектора с районированием городской территории по жилой застройке для 23 участков частного сектора.

На основе созданной геоинформационной системы получены величины уровней загрязнения атмосферы города Бийска в числовом и картографическом вариантах. Определены зоны распространения токсичных веществ в атмосфере от выбросов автотранспорта, частного сектора и их совместного воздействия. Разработаны рациональные схемы движения автотранспорта и перевода его на работу с использованием нефтегазового топлива. Произведен выбор рациональных систем отопительных котельных малой мощности для централизованного отопления зданий частного сектора, для чего определены две конструкции водогрейных котлов типа KB-1,8-95ШП и КВ-1,8-95ГМ с использованием твердого и газообразного топлива.

Предложенные к реализации мероприятия по предотвращению выбросов ЗВ в атмосферу, позволят снизить их количество и достичь нормативно допустимых выбросов, соответствующих требованиям ОНД-86. В результате проведения расчетов была определена экономическая эффективность природоохранных мероприятий.

Достоверность защищаемых в работе научных положений подтверждается использованием при расчетах приземных концентраций ЗВ в атмосфере программного комплекса «Эра», согласованного в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова (г. С.-Петербург), сертифицированной карты города и широкое использование вычислительной техники. Полученные результаты по уровню загрязнения соизмеримы с показаниями станций контроля Гидрометобсерватории г. Бийска.

Реализация результатов рекомендуется в Управлениях благоустройства и дорожного хозяйства, отделах ГИБДД, учебном процессе при подготовке специалистов.

Результаты работы использованы в главном управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды по Алтайскому краю, в департаменте по охране окружающей среды администрации Алтайского края и в отделе ГИБДД при разработке планов организации безопасного дорожного движения в г. Бийске. Научно-исследовательские работы, выполненные в рамках диссертационной работы для предприятий Алтайского края, получили высокую оценку соответствующих организаций и имеют значительный социальный и экономический эффекты. Результаты исследований подтверждены соответствующими актами о внедрении.

Представления о процессах взаимодействия в системе «человек -окружающая среда» используются при чтении лекций и ведении практических занятий по дисциплинам «Экология», «Охрана окружающей среды», «Безопасность жизнедеятельности», «Благоустройство города», проводимых для всех специальностей в Алтайском государственном техническом университете. Полученные разработки легли в основу подготовки учащихся экологического лицея №120 г. Барнаула в области изучения средств и методов охраны окружающей среды.

Диссертационная работа выполнена в рамках целевых комплексных программ «Экология и природные ресурсы Алтайского края на 2003-2010 года», «Экология Алтайского края на период 1991-1995 до 2005 года», утвержденных администрацией Алтайского края. л

Апробация работы. Материалы и результаты исследований были представлены на следующих научно-практических конференциях и конкурсах: «Гуманизация производственной среды и экология человека» Барнаул, 2004 г.; «Региональные аспекты обеспечения социальной безопасности населения юга Западной Сибири», Барнаул, 2003 г.; «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири - проблемы защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», Барнаул, > 2003 г.; «Современные аспекты управления охраной труда в регионе»,

Барнаул, 2003 г.

Автор выносит на защиту:

1. Разработанный метод оценки экологической ситуации и организация экологического мониторинга атмосферы промышленного центра на основании обработки данных по параметрам выбросов ЗВ автотранспортом и частным секторам.

2. Созданная информационная система, позволяющая осуществлять гибкое управление уровнем загрязнения атмосферы города, объединяющая ПК «Эра» и «CPS Graph».

3. Полученные картографические результаты уровней загрязнения атмосферы г. Бийска путем создания банка данных по выбросам загрязняющих веществ автотранспортом и частным сектором.

4. Предложенные конструкции котельных агрегатов для отопления зданий частного сектора с использованием альтернативного газового топлива и i рациональная организация работы внутригородского и транзитного автотранспорта, их экономическая оценка.

Публикации. Теоретические и практические результаты исследований изложены в 8 печатных работах и отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы, изложена на 147 страницах, включающих 40 рисунков, 19 таблиц и приложение.

Заключение диссертации по теме «Экология», Лиходед, Елена Валерьевна

ВЫВОДЫ

1. Предложены мероприятия, обеспечивающие решение социальных задач жизнедеятельности заключающихся в отоплении частного сектора районными котельными с применением котлов КВ-1,8-95ШП работающих на твердом топливе или КВ-1,8-95ГМ работающих на природном газе, переводе внутригородского транспорта на альтернативное топливо - нефтяной газ, а также организационных мероприятиях связанных с реорганизацией дорожного движения. Произведен расчет эколого-экономической эффективности разработанных мероприятий.

2. Рассчитан годовой экономический эффект от внедрения предложенной системы, который составит свыше 2270 тыс. руб/год.

3. Разработана система управления загрязнением воздушного бассейна на основе созданной геоинформационной системы обработки данных по параметрам выбросов ЗВ от автотранспорта и частного сектора, а также совместного воздействия основных факторов загрязнения атмосферы промышленного центра (г. Бийск).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе по результатам проведенных экспериментальных исследований разработана методология проведения мониторинга воздушной среды промышленного центра на примере г. Бийска. Данный подход позволяет получать значения, максимально приближенные к реальному, концентрации любого вещества в любой точке/зоне промышленного центра, определять вклад в загрязнение определенной зоны конкретного загрязнителя, в том числе автотранспорта и частного сектора, по параметрам выбросов которых впервые для г. Бийска создан банк данных на основе натурных исследований, а также осуществлять гибкое управление качественным и количественным составом атмосферного воздуха посредством внедрения различных природоохранных мероприятий, в том числе регулирования движения транспортных потоков и перевода на газовое топливо (с учетом завершения строительства газопровода Новосибирск-Бийск).

Для иллюстрации научной новизны и практической значимости работы перечислим ее основные результаты:

1. На основе анализа литературных источников и собственных исследований произведена оценка состояния окружающей среды г. Бийска и Алтайского края, результаты которой свидетельствуют о напряженной экологической обстановке в регеоне.

2. Установлено, что одним из основных источников загрязнения атмосферы промышленного центра является автотранспорт, вклад которого составляет 45,87 % от суммарного загрязнения г. Бийска (в 2000-2004 г.г).

3. Проведено исследование по загруженности транспортных магистралей города автомобильным транспортом с классификацией на легковые и грузовые мощностью до 3 тонн, от 3 до 5 тонн и свыше 5 тонн. Измерения позволили выявить 12 основных участков автомагистралей с разбивкой на 65 прямолинейных участков, на основании которых определены выбросы ЗВ при движении автомобилей и их стоянке на светофорах и создан банк данных по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу.

4. Исходя из потребления угля теплоэнергетическими установками частного сектора городской застройки, рассчитаны выбросы соответствующих ЗВ отопительными устройствами.

5. Создан комплекс программ на основании ПК «Эра», и «CPS Graph», позволяющий получить численную и картографическую информацию о состоянии атмосферы промышленного центра в приземном слое.

6. Произведен расчет рассеивания ЗВ выбрасываемых в атмосферу отработавшими газами (ОГ) автомобилей, который показал, что на отдельных участках магистралей в жилой зоне уровень загрязнения превышает допустимый по свинцу в 5,2 раза, диоксиду азота в 6,9 раз, оксиду углерода в 1,2 раза. Всего произведена оценка по 8 компонентам.

7. Произведен расчет рассеивания ЗВ в атмосфере в 5 районах города, выделенных как частный сектор, и определены уровни загрязнения по 7 специфическим веществам. Отмечено, что уровень загрязнения по золе углей составляет 1,18 ПДК, диоксиду азота 1,02 ПДК, сажи - 0,63 ПДК.

8. Получены и представлены в числовом и картографическом электронных вариантах результаты расчета рассеивания ЗВ при совместном загрязнении воздушного бассейна выбросами предприятий, автотранспорта и частного сектора. Так, уровень загрязнения только для диоксида азота превышает допустимый в 13 раз, для других веществ результаты приведены в электронном варианте.

9. Предложены мероприятия, обеспечивающие решение социальных задач жизнедеятельности заключающихся в отоплении частного сектора районными котельными с применением котлов КВ-1,8-95ШП работающих на твердом топливе или КВ-1,8-95ГМ работающих на природном газе, переводе внутригородского транспорта на альтернативное топливо - нефтяной газ, а также организационных мероприятиях связанных с реорганизацией дорожного движения.

10. Рассчитан годовой экономический эффект от внедрения предложенных природоохранных мероприятий, который составил свыше 2270 тыс. руб/год.

11. Разработана система управления загрязнением воздушного бассейна на основе созданной геоинформационной системы обработки данных по параметрам выбросов ЗВ от автотранспорта и частного сектора, а также совместного воздействия основных факторов загрязнения атмосферы промышленного центра (г. Бийск).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лиходед, Елена Валерьевна, 2004 год

1.Н. Луканин и др. - М.: Инфра-М, 1998-408 с.

2. Аксененко В.Д. Пути снижения степени отрицательного воздействия тракторной и другой мобильной сельскохозяйственной техники на окружающую среду /В.Д. Аксененко, В.М. Свиридов, И.А. Винокурова. М.: ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш, 1984. - 57 е.- (Обзор ЦНИИТ).

3. Аксенов И.Л. Транспорт и охрана окружающей среды /И.Л. Аксенов, В.И. Аксенов. М.: Транспорт, 1986. - 176 с.

4. Артамонова Г.В. Расчет массовых выбросов вредных веществ автотранспортными средствами в атмосферу: Методические указания для дипломного проектирования /Г.В. Артамонова, Ю.Ф. Артамонов. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. - 23 с.

5. Артемова Н.Е. Методы расчета и прогнозирования радиоактивного загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами из труб АЭС / Н.Е. Артемова. Атомная энергия, 1972. - №3 - . С.34-38.

6. Артемова Н.Е. Возможный метод оценки среднесуточных концентраций примеси в приземном слое воздуха / Н.Е. Артемова. Тр. ИПГ, вып. 4. - 1967. - С.8-10.

7. Ахметов Л.А. Экологические аспекты автотранспорта /Л.А. Ахметов, В.И. Ерохин, А.И. Багдасаров. Ташкент: Мехнат, 1988. - 170 с.

8. Багиров Д.Д. Прогнозирование предельных норм вредных выбросов дизелей /А.В. Златопольский, В.Е. Гершович //Двигателестроение.-1980.-№11.-С. 4950.

9. Баева Л.Н. Экономическая и социальная география Алтайского региона /Л.Н. Баева. Горно-Алтайск, 1994.-271 с.

10. Барбаш Н.Б. Методика изучения территориальной дифференциации городской среды / Н.Б. Барбаш. М., 1989.- 97 с.

11. Безуглая Э.Ю. Чем дышит промышленный город / Э.Ю, Безуглая, Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 256 с.

12. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы / М.Е. Берлянд Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 448 с.

13. Бутакова И.В. Воздействие автотранспорта и промышленных предприятий на загрязнение атмосферы г. Барнаула / И.В. Бутакова- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2001.-56 с.

14. Вызова Н.Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным / Н.Л. Вызова. -М.: Гидрометеоиздат, 1973. 34 с.

15. Васильченко В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова /В.Н. Васильченко, И.М. Назаров, Ш.Д. Фридман. Л.: Гидрометеоиздат, 1985-181с.

16. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера / В.И. Вернадский.- М.: Наука, 1994.-670 с.

17. Вишняков Я.Д. Природоохранная программа снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на воздушный бассейн Москвы / Я.Д.Вишняков, А.В.Зозуля // Экология и промышленность России. 2003. - апрель. - С.41-44

18. Владимиров В.В. Расселение и окружающая среда /В. В. Владимиров. М., 1992.-312 с.

19. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды / А.С.Быстров и др. М.: Экономика, 1986.- 96 с.

20. Высоцкий B.C. Некоторые вопросы развития крупнейших городов и агломераций / B.C. Высоцкий, В.И. Перлин // Промышленное и гражданское строительство. -1993 №7. - С.5-6.

21. Гиффорд Ф.И. Статистическая модель дымовой струи / Ф.И. Гиффорд. М/. Изд-во иностр. лит., 1962. 259 с.

22. Глухих А.Р. Загрязнение городской среды автотранспортом / А.Р. Глухих. //ЗниСо. ГОД- январь 1 /106/. - С.25.

23. Голубев И.Р. Окружающая среда и транспорт /И.Р. Голубев, Ю.В. Новиков. -М.: Транспорт, 1987. 207 с.24