автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Создание технологических транспортных процессов с учетом экологических требований

РГБ им

9 ?, ' ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕШЯ

' "' ' ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

\

На правах рукописи

СТЕПАНОВ АНДРЕЯ ЛЬВОВИЧ

СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических -наук в форме научного доклада

С. - Петербург 1993

Работа выполнена в Государственной Шрской академии 1 адм. С. 0. Макарова.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профес

ДУРНЕВ Е Д.

доктор технических наук, профес ФАДЕЕВ И. П.

доктор технических наук, профес КУЛЯПЮВ А. Е

Ведущая организация - Центральный ордена Трудового Крг

ного Знамени научно-иccдeдoвaтeJ ский и проектно-конструкторс1 институт морского флота.

Защита диссертации в форме научного доклада состоится 8 июня 1993 в 12 часов на заседании Специализированного с вета Д. 116.03.01 в Институте Инженеров Водного Транспорта Нижний Новгород в ауд. N23^

по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, д. 5.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомт ся в библиотеке института.

Автореферат разослан 7 мая 1993 года.

Отзыв в двух экземплярах с подписью, заверенный печаи просьба направить в адрес Специализированного совета.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Китов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

\

Научный доклад обобщает результаты двадцатипятилетних исследований автора в области инженерной экологии и управления природопользованием. За этот период при непосредственном участии и руководстве автора разработаны принципы экологического исследования технических объектов водного транспорта (порты, судоремонтные заводы), экологической опасности материалов (например, апатитовый концентрат - груз в порту, купершлак -технологический материал в судоремонте), создания необходимых технических средств и ресурсосберегающих технологических процессов, систем автоматизации и предотвращения выброса веществ, определения санитарно-защитных зон и сан-гигиенической (экологической) аттестации объектов водного транспорта в природ-но-промышленной - транспортно-технологической системе.

За этот период автором выполнены лабораторные и промышленные исследования, теоретические обобщения, разработаны технологические задания (ТЗ), осуществлено курирование проектирования заводских и монтажно-объектовых работ, руководство внедрением разработанных устройств и сан-гигиенической (экологической) аттестацией Медвежьегорского порта на Онежском озере с использованием результатов для Пермского, Астраханского речных портов и Мурманского морского порта, руководство эколого-конф-ликтной работой по нормализации доставки клинкера-цемецта из Ачинского ГМК в Норильский ГОК по Енисею, руководство'предпро-ектным экологическим анализом возможности строительства ме-

га-порта в Бухте Дуга на Балтийском море, руководство техни-

*

ко-экологической правовой работой по использованию купершлака в технологии чистки корпусов судов на Канонерском судоремонтном заводе на территории порта в устье реки Невы, разработана научная концепция "Морэкоцентра" для анализа природопользования и экологической аттестации объектов водного транспорта, организовано кадровое обеспечение для решения проблем с подготовкой специалистов по урпавлению природопользованием и мониторингу (экологической инспекции) на водном транспорте.

Методические подходы, теоретические и инженерные решения опубликованы в научных статьях, доложены на многочисленных конференциях, аттестованы комитетом ВДНХ и защищены авторскими

- г -

свидетельствами и внедрены в практику работы портов, вошли в учебник "Бортовое перегрузочное оборудование; и курс лекций "Охрана окружающей среды", в Большую морскую энциклопедию, в курсы лекций на факультете повышения клвалификации в ГМА. и морском факультете и Титоградского университета (Югославия), в народном университете водного транспорта.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Темпы роста потребительского спроса и необходимых сырьевых потоков превзошли рост народонаселения с отставанием в развитии идеологии рациональности и ресурсосбережения в технологических процессах, что привело к удвоению ущерба от отходов производства и жизнедеятельности за 10 лет. Увеличение грузопотоков и объектов транспортно-технологической работы на водном транспорте, развитие объектов транспорта и, в частности, портов связано с демографическим взрывом и энергетикой потребительского спроса. Действующими нормативными документами (СНИП 245 и СНИП 369 и т.п.) были определены общие требования комплексной механизации, автоматизации, аспирации и необходимости использования средств защиты труда и окружающей среды.

Экологические вопросы идеологии природопользования и задач инженерной экологии, как показал опыт прошедших десятилетий, стали Ьще более актуальны. Так, в постановлении ЦК КПСС "Об экологической обстановке в ряде районов и промышленных центров страны" ("Правда" 15.07.87) и "О коренной перестройке дела охраны природы в стране" ("Правда" 17.01.88) указывается на необходимость "направить усилия отраслевой и академической науки на создание и быстрейшее внедрение в производство безотходных технологических процессов, разработку конструкций * оборудования, обеспечивающих резкое сокращение выбросов вредных веществ в воздушный и водный бассейны", отмечается отсутствие комплексного подхода и необходимость учета экологически} последствий, недооценка экономических методов управления природопользованием.

Однако природно-эащитные мероприятия оставались на остаточном принципе финансирования при очевидных ведомгсвенных интересах в освоении крупных капиталовложений для развития основной деятельности. Решающим в необходимости развития приро-

;охранных мероприятий явились Международные конвенции и межп-ввительственные соглашения.

Инженерно-экологические и аттестациснно-управленческие ■емы по природопользованию объектов водного транспорта планировало ь научно-техническими советами Министерства морского хлота СССР и речного флота РСТСР, что позволило реализовать на »траслевом уровне многие задачи, предусмотренные программами осадемии наук и предусмотрено экологическими программами Минт->анса России.

Строительство новых портов по освоению крупных грузопото-. сов опасных грузов требовало создания соответствующих техни- * шских перегрузочных средств, систем автоматизации технологи-1еских процессов и контроля безопасности, оценки возможных эыбросов с определением масштабов природопользования и раэра-зоткой принципов экологической аттестации, что и определило ЩИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- обосновать идеологию экологизации объектов водного транспорта в связи с общими "экологическими просчетами" на фо-*е научно-технического прогресса;

- обосновать понятие санитарно-защитной зоны для рассматриваемых объектов;

- обосновать необходимость рассмотрения гранспортно-тех-нологических систем (TTC "от двери до двери") совместно с природопользованием в виде природно-промышленных TTC в соответствии с требованиями логистики;

- определить необходимость и критерии оценки грузов и материалов объектов водного транспорта по опасности для окружающей среды и возможности выброса веществ (например, пылеобразу-ющзя способность у апатитового концентрата, возможность выделения тяжелых металлов из купершлака и наличие бифенилов) ;

- определить принципы и создать устройства предотвращения выбросов при проектировании технологического обрудоваяия;

- определить принципы создания автоматизированной системы контроля экологической безопасности;

- определить принципы и апробировать методы комплексного анализа деятельности объектов для оценки воздействия на окружающую среды (ОБОС);

- обосновать и организовать подготовку кадрового обеспечения поставленных задач по мониторингу и управлению природо-

- 4 -

пользованием при судоходстве.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рассмотренные научно-методологические принципы использовались и апробировались в конфет нь"Х инженерных задачах по созданию и экологической аттестации объектов водного транспорта.

При освоении грузопотоков пылящих грузов (апатитовый концентрат, клинкер-цемент) рассматривались физико-механические свойства грузов и пылеобразующая способность, создавались технические средства (транспортеры, склады, погрузо-разгрузочные машины) и системы автоматизации, определялась вероятность' отказов техники, вероятность экологических потерь, проводите! сан-гигиеническая аттестация отдельных узлов и объекта в цeлo^ (морские и речные порты, комбинты-грузоотправители).

При проведении экологической оценки возможности строительства nopTef в Лужской губе в процессе создания и руководства .Временным творческим коллективом использован комплексны] анализ многофакторной задачи на базе экономической концепцш природопользования с учетом альтернативных вариантов и необходимости создания автоматизированной системы экологической безопасности в системе река-море.

При экологической оценке использования купершлака дл.' очистки корпусов судов при судоремонте выполнен анализ технологии с определением выброса веществ, оценена применимость су ществувдих методов оценки к конкретному производству, на осно ве химических анализов и правовых аспектов эколого-конфликтно ситуации.

Установлена экологическая общность и технологическая спе цифика рассматриваемых явлений, определена необходимость соз дания специализированного "Морзкоцентра" и подготовки кадро экологического обеспечения эксплуатационной деятельности надзора, что позволит использовать методологию данной работ при управлении природопользованием на водном транспорте.

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Методология настоящей работы на междисциплинарном уровк опирается на достижения обеспечивающих наук и использует экс

номико-упраЕленческий системный подход к природопользованию при эксплуатации транспортно-технологических систем годного транспорта на основе разработки исследовательских и инженерных методов. Через анализ используемых материалов (грузов), совершенствование техники, создание ресурсосберегающей технологии, систем предовращения распространения выбросов и контроля экологической безопасности, выполнение предпроектных экологических исследований под планируемые объекты и экологическую экспертизу действующих объектов реализуется предложенная методология инженерной экологии с рассмотрением системы подготовки кадров по управлению природопользованием при судоходстве и мониторингу природной среды.

Методика исследования свойств грузов и материалов базируется на методах грузоведения, механики грунтов, химического и технологического анализа. При этом специфика экологической направленности определила необходимость совершенствования некоторых методов и создания новых с разработкой соответствующей приборной базы. Характеристики технических объектов определялись на лабораторных и промышленных установках с использованием метода осцилографирования, вероятностных и натурных методов оценки технического состояния систем, сопоставлением эмпирических и аналитических исследований. Использовался патентный поиск и экспертиза разработок на уровне института патентных исследований (авторские свидетельства). При рассмотрении комплексных вопросов на междисциплинарном уровне привлекались специалисты с соответствующей методической базой для оценки состояния природы и прогнозирования возможных последствий от планируемой антропогенно-хозяйственной деятельности. Использование методов комплексного системного анализа позволило получить обобщенные прогнозы по природопользованию объектов водного транспорта.

Научная новизна заключается в формировании методологии экологической оценки природопользования транспортно-технологических систем водного транспорта, теории и практике совершенс-твания ресурсосберегающих свойств технологических процессов, разработке методов экологической аттестации и оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) создаваемых объектов, что определяет уровень технической оснащенности и системы контроля экологической безопасности (АСКЭБ) на основе сопоставления

экономических издержек предотвращения и компенсации экологи ческих последствий.

При этом в частности;

- сформированы задачи комплексного анализа объектов водного транспорта с целью ОВОС, создания АСКЭБ и разработки ТЗ;

- предложена модель река-море для совместного рассмотрения антропогенных нагрузок водопользователей в бассейне реки ] устьевой бухте;

- предложено понятие санитарно-защитной зоны применительно к водным объектам с целью определения зоны рассеивания выбросов и проектирования природно-промышленных транспортно-тех-нологических систем;

- предложен метод определения пылеобразущей сопосбност! материалов;

- обоснован метод определения фактического напряженногс состояния сыпучего материала и регулирования сыпучести дл! конструирования портового технологического оборудования в соответствии с экологическими требованиями;

- установлены принципы гравитационной разгрузки склады силостного типа для приавильного контруктивного оформления i регулирования;

- определены расчетные зависимости сводообразования i производительности разгрузки от свойств материала в складе;

- дана методика определения производительности и мощности шнекового питателя;

- исследованы принципы преобразования при разгрузке вагонов с поднимающимся кузовом и загрузке судов и даны конструктивные решения систем локализации пыли;

- дан пример решения эколого-криминалистических проблем доставки груза по TTC между ведомственными объектами и при аттестации обработки корпусов судов при судоремонте;

- предложена система подготовки кадров, создана структура реализующая методологию экологизации.

Практическая значимость и использование результатов иссле дования обусловлена следующим:

- по материалам исследования разработаны и реализованы ТЕ для проектирования экологически чистого оборудования (угль разгрузки складов, транспортерные питатели, системы обеспыливания разгрузки вагонов с поднимающимся кузовом, системы авто-

матического регулирования) в Медвежьегорском, Пермском, Астраханском речных портах, Мурманском морском порту - комбинате "Апатит" - TTC по доставке апатитового концентрата (196676 гг.);

- выполнено санитарно-гигиеническое обследование апатитового перегрузочного комплекса Медвежьегорского порта (1978 r.^i;

- проведено эколого-криминалистическое расследование доставки клинкер-цемента из Ачинского ГМК через Лесосибирский порт на Норильский ГОК (1978 г.);

- выполнена экологическая экспертиза возможности строительства порта в бухте Луга (1992 г.);

- решена эколого-конфликтная проблема использования ку-першлака для очистки корпусов судов на Канонерском СРЗ (1992г.);

- организована подготовка кадров и создан "Морэкоцентр" (1993 Г.).

Апробация работы. Основные положения материалы исследования докладывались и обсуждались на:

- 1-й Всесоюзный конференции по дисперсным сквозным потокам (Одесса, 1967 Г.);

- Ленинградской научно-технической конференции "Прогрессивные конструкции конвейерных машин для насыпных грузов" (Ленинград, 1967 Г.);

- на конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИВТа (1967-78 гг.) и ГМА им. адм. С.О.Макарова (1979-92 гг.);

- на научно-практических конференция/ "Экологические проблемы в свете коренной перестройки управления экономикой" ЛГИ им. ЕВ. Плеханова (Л., 1987-91 гг.);

- на Всесоюзном совещании "Рациональное природопользование и охрана природных комплексов островов и береговой зоны арктических морей". Доклад "Природно-промышленные системы и технико-экологические проблемы судоходства". ААНИИ, 1968 г. ;

- в Географическом общества СССР, комиссии Географии океана ) Л. , 1988-1992 гг. ) ;

- на научно-технической конференции ППС ЛГЩБП (Л. , 1991 г.). Доклад "Экологический паспорт порта";

- на V конференции по географии и картографированию океана "Рациональная организация и управление морехозяйстве'нными комплексами" (Л., 1992 г.);

- на научно-практической конференции "Транспорт России" АТРФ (сентябрь 1992 г. С.-Петербург);

- на XIX международной школе-семинаре "Математические методы моделирования в проблемах рационального природопользования. Институт механики и прикладной математики, Ростовский Гос. Университет (Ростов-на Дону, 1992 г.);

- на Всероссийской школе-семинаре "Разработка норм предельно-допустимых сбросов (ПДС) сточных вод предприятий" СПб ТИЦБП, СПб ГТУ, 1992 г. ;

- доклад "Технология перегрузочных процессов и природопользование портов" призван актуальным и включен в материалы 10 интернационального портового конгресса (Антверпен, июнь 1992 г.);'

- на международном симпозиуме РАН: "Теория и практика комплексных экологических исследований". Доклад "Методология комплексного экологического предпроектного исследования при строительстве портов". С.-Петербург, 1993 г.;

- на XV Менделеевском съезде АН. Беларуси. Доклады: "Экологические проблемы строительства нового порта в Усть-Луге", "Химические и экологические аспекты использования купершлака в технологии обработки корпусов судов", Минск 1993 г.;

- доклад "Особеннсоти экологической аттестации объектов перспективного строительства в зоне действия радионуклидных полютантов", Обнинск 1993 г.

Публикации: Результаты исследований автора, представленные качесве докторской диссертации в форме научного доклада, опубликованы в 57 печатных изданиях общим объемом 26.1 печатных листов, в числе которых учебник "Портовое перегрузочное оборудование" (18 п. л.) изд. "Транспорт" 1993 Г., разделы "Морские порты" и "Экология мерохозяйственной деятельности" в Большой Морской Энциклопедии (2 п. л.) изд. Академии Транспорта, 1993Г., 6 авторских свидетельств.

Материалы работы отмечены медалями ВДНХ (2 серебряных, 1 бронзовая).

II. МЕТОДИЧЕСКИЕ ССНОЕЫ СОЗДАНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯ И ОБЩАЯ СХЕМА КОМПЛЕКСЕКХ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Интенсивный рост народонаселения Земли, опережающий рост потребностей и еще более интенсивный рост отходов жизнедеятельности во многом определен несовершенством технологий производства, несоизмеренных с нейтрализующими и восстановительными возможностями природы, использованием технологий и материалов, несвойственных природе. Одновременно несовершенство социальных отношений призело к тому, что научно-техническая революци опередила темпы эволюционного развития человека. НЬ"ничто живое не может жить в среде своих отходов" (Б. Коммо-нер) и осознание "экологических просчетов как обратной стороны научно-технического проггресса" заставляет человечество в настоящее время значительные силы направить на экологические проблемы, привлекая научные достижения к решению проблемы выживания.

Экологические критерии становятся определяющими по мере осознания недопустимости получения прибыли любыми возможными способами .и постепенно оформляются законодательно. Инженерные технологии, развивающиеся с использованием ресурсов природы, должны быть соизмеримы с возможностями природы, иметь контролирующие и рекультивацшнные блоки и предусматривать компенсирующие отчисления соответствующего назначения.

Эти задачи рассматриваются в рамках формирующегося направления науки - инженерной экологии и управления природопользованием. В последнем пятилетии эта проблема приобрела социально-политический смысл, вышла на дипломатический уровень, во многом определяется международными конвенциями и законодательством государств, является существенной статьей расходов в экономике.

Концепции решения экологических проблем намечены в 1989 г. на общем собрании Академии наук СССР:

- сформировать системный подход к делу охраны природы;

- увеличить объем фундаментальных и прикладных исследований в области экологии;

- построить четкую общегосударственную систему природох-ранной деятельности с контролем общей ситуации, систематичес-

ким наблюдением за наиболее опасными выбросами с выборочной проверкой предприятий;

- ввести жесткие штрафные санкции для пресечения преступной практики "залповых выбросов";

- создать экономический механизм, делающий невыгодным расточительство природных ресурсов;

- создать природохранное приборостроение и системы контроля экологической безопасности;

- на предприятиях в соответствии с Законом о государственном предприятии создать службы местного надзора;

- кардинально повысить уровень технологий и создавать экологически чистые технологии;

- разработать методологию эколого-технической экспертизы технологических объектов на основе экономии природопользования и ввести экологический паспорт предприятия;

- разработать методологию оценки воздействия на окружающую среду и определения допустимых антропогенных нагрузок с позиций управления природопользованием;

- создавать временные творческие коллективы для решения комплексных междисциплинарных экологических задач;

- организовать экологическое образование.

Штодология представленной работы опирается на мероприятия, реализуемые на государственном уровне, и разрабатывается применительно к уровню предприятий природопользователей на базе многолетних исследований автора, соответствующих вышеизложенным принципам настоящего времени.^

1Ы. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ВОДНОГО

ТРАНСПОРТА И ОБОБЩЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Мировой океан играет огромную роль в существовании всего живого на Земле, являясь мощным экологическим фактором, абиотические компоненты которого (соленость и содержание растворенных газов) оказывают прямое влияние на жизнедеятельность человека. Около половины кислорода, необходимого для дыхания, поставляет океан, а его тепловая энергия участвует в формировании климата. Океан является источником всех форм воды на Земле, огромной кладовой пищевых ресурсов и полезных ископаемых, служит средой для морского судоходства.

- 11 -

Мировой океан и атмосфера входят в ресурсный антропогенный незамкнутый цикл или круговорот веществ. Незамкнутость цикла связана с тем, что часть природных ресурсов в виде грузов, перевозимых морским транспортом, теряется при перевозке или проведении погрузо-разгрузочных работ. Потеря груза приводит к увеличению стоимости перевозки и к загрязнению окружающей среды. Ярким примером может служить авария американского супертанкера в 1989 г. у берегов Аляски, в результате которой в -море вылилось большое количество нефти, а общий ущерб от аварии, включая очистку моря от нефти, составил 1,5 млрд. долларов. В декабре 92 г. такая же авария произошла у берегов французской Нормандии.

Многие грузы, перевозимые морским транспортом, относятся к категории вредных веществ. Вредный груз - это любой груз, содержащий вещества, которые при попадении в морскую воду способны оказывать вредное воздействие на биологические ресурсы моря и организм человека, т. е. вызывать отравление и гибель морской флоры и фауны, отравление и заболевание при контакте с этими веществами.

Наиболее распространенными и вредными загрязняющими веществами в настоящее время яеляются нефть и продукты ее переработки, грузопотоки навалочных сыпучих грузов, дающие некоторые тяжелые металлы, хлор- и фосфорорганические соединения.

Количество нефти нефтепродуктов, поступающих в Мировой океан, оценивается в 10 млн. т/год. Подсчитано, что 1/3 водной поверхности Земли покрыта нефтью (1 т нефти загрязняет 10-12 кв. км водного пространства).

Азотные удобрения, производство которых в мире достигло 50 млн. т в год составляют существенный грузооборот в портах, в неопределенных количествах вносятся в сэльхоз угодья и 1/3 уходит в реки, озера, моря, превращаясь в окись азота, вместе с парами достигает атмосферы и участвует в разрушении озонового экрана планеты.

Прочие выбросы материковых предприятий также транспортируются речным водосбором в моря.

Захоронение в морских глубинах токсичных отходов производства пагубно влияет на живой мир водных пространств.

В северных районах Атлантики, Баренцева и Норвежского морей обнаружены районы, з которых загрязнение ртутью, нефтью,

пестицидами и детергентами превышает ВДК в 10-60 раз.

В нижних слоях Балтийского моря исчез кислород, резко возросла ВПК - биологическая потребность кислорода (в 300 раз за последние 15 лет), концентрация олова в 2-3 раза превышает норму. Все это определяется низкой технологической культурой при добыче, хранении, транспортировке и использовании материа-' лов.

Судно как транспортное средство при наличии даже совре- -менной техники и совладении региональных и международных требований по охране окружающей среды не обеспечивает экологически чистой технологии перевозок. Вгятые на борт топливо и материально-техническое обеспечение определяют образование отходов, потребляемая забортная вода подвергается засорению и используется также для промывки грузовых помещений, после чего с остатками груза попадает за борт (рис. 1).

В зависимости от уровня технической эксплуатации и с ухудшением технического состояния двигателей внутреннего сгорания выбросы окислов азота увеличиваются в 4 раза, а сажи в 10 раз. Установлено, что выброс веществ с судна даже в пределах, установленных ВДВ, требует расхода кислорода морской воды на расстоянии в 1 милю. Эти своеобразные динамические зоны потребления кислорода (аналог санитарно-защитных зон) многократно накладываются друг на друга в местах интенсивного судоходства, что приводит к возрастанию биологической потребности кислорода (ВПК) (рис. 2). Для восстановления работоспособности судов (ремонт двигателя, чистка корпуса и т.д.) требуется развитое промышленное судоремонтное производство.

Объект морского транспорта, например порт (судоремонтный завод), развивает свою деятельность на стыке территории и акватории. Объем деятельности можно представить квадратом (рис. 3), при этом расходуются ресурсы атмосферы Рч , литосферы РЛ, гидросферы Рг в виде потребления энергетических ресурсов этих сред и воздействия на эти среды отходами хозяйственной деятельности.

Объем деятельности определяется размерами грузопотоков, с которыми в порту концентрируются сопутствующие вредности и технологичностью объекта (соотношением физических тонн и тонно- операций) .

Б зависимости от сан-гигиенических свойств груза уставав-

ливаются ПДВ - предельно допустимые выбросы при погрузо-разг-рузочных работах. Объемы валовых выбросов определяются уровнем технических решений, а для достижения предельно допустимых концентраций (ПДК) требуется зона рассеивания (рис. 4), что и определяет объемы природопользования и может рассматриваться как санитарно-защитная зона (СЗЗ).

Однако, с коммерческой стороны при освоении грузопотока устанавливаются "нормы естественной убыли" (НЕУ) (на перегрузочные и перевозочные процессы по~1%), что в большинстве случаев существенно превосходит ВДВ. Это несоответствие показателей коммерческих и экологических требует их совместного рассмотрения с предпочтением к меньшей величине.

Из представленной модели следует, что особенностью объектов морского транспорта, участников процесса доставки.крупных грузопотоков продукции горнодобывающего, химического и т.п. производств является функционирование в условиях, сопутствую; ■ щих грузопотоку вредностей. В связи с этим предъявляются повышенные требования к технологии погрузо-разгрузочных работ в портах и технологии морской перевозке на флоте. Актуальность данной работы определяется большим количеством спецпортов с подобными грузопотоками.

В портах бывшего СССР 34,6% грузооборота навалочных сыпучих грузов перегружается по универсальной схеме механизации, что составляет 150,6 млн. т/год, машинами непрерывного тркнс- . порта перегружается 15,6%, или 27,3 млн. т/год.

Для универсальной схемы механизации характерны большие (до 2% грузооборота) потери груза вселдствие пыления и просы-пей, высокие концентрации пыли в рабочей зоне.

Основными источниками пыления при такой технологии грузовых работ являются: трюм судна, грейфер во время перемещения, бункер при высыпании груза из грейфера, вагон при загрузке, склад при формировании штабеля и отборе груза из него; ветровая эрозия штабелей.

При такой технологии работ в ряде портов отменены концентрации пыли, превышающие ПДК в 1500 раз (Дальний »Восток, перегрузка известняковой муки).

Кроме того, при использовании универсальной схемы механизации велики трудозатраты на зачистку трюмов судов, уборку территории, часты поломки вагонов и травматизм обслуживающего

I — _ _ - Б ПК'

I 37.

Рис.1

1*- температура забортной воды

температура с "тепловым засорением" после охлаждения си; вой установки ДйС. О - количество забортной воды для технологически* нуцц.

- количество воды с остатками груза после промывки грузов! тромов, танков.

¿ентоса прч —>*• ***

с жОам ^м"

/у» ¡/Залепи** /2

.Ъг

I

мидя

Рис.2

33- выброс веществ

ПДй - предельна допустимый сброс веществ.

КЗ- концентрация веществ.

ВД< - предельно допустимая концентрация.

Рис.3

X. Ра - ресурсы атмосферы, литосферы Х.Р* - ресурсы литосферы Т. Рг - ресурсы гидросферы

2ГГ.<1{ - грузопотоки грузов, проходящих через порт НЕУ - норна естественной убыли при производстве грузовь

? НЕ?. -г-ГпДЕ>]-г- СЗЗ-КПДК!

Рис.4

ЦЦй - предельно допустите выбросы ПАС - предельно допустите конпентрации СЗЗ - санитарно-эащитнал зона НЕУ - норна естественной убыли

Разрез 1-1

Ри<. СимеI порти

\

персонала. Грузы хранятся большей частью на открытых площадках, что приводит к снижению их качества. Перегрузка сыпучих материалов машинами непрерывного транспорта в основном осуществляется на специализированных комплексах в портах Мурманск (апатитовый концентрат, 2,7 млн.т/год), Восточный (уголь, 8,2 млн. т/год), Вентспилс (хлоркалий, 2,1 млн.т/год), Южный (хим. грузы,'3,2 млн. т/год), Новороссийск (цемент, 0,65 млн. т/год).

Оставшаяся часть (61,7%) приходится на зерно, перегружаемое машинами непрерывного транспорта (механическими и пневматическими) в портах Владивосток, Находка, Ленинград, Новотал-линн, Рига, Новороссийск, Ильичевск.

При погрузке сыпучих материалов в трюмы судов машинами непрерывного транспорта (конвейерные судопогрузчики) потери груза вследствие пыления и просыпей обычно не превышают 0,1-0,5% и это достигается удорожанием основного оборудования на 40-60%., Однако,, ввиду больших объемов грузопереработки ущерб окружающей среде значителен и высоки концентрации пыли в рабочей зоне.

Основными источниками пыления являются: узел разгрузки вагонов (вагоноопрокидаватель, разгрузочная галерея), конвейерные линии в узлах пересыпки вследствие сдувания встречным потоком воздуха и просыпей; склад при формировании штабеля и отборе груза из него; трюм судна при загрузке.

Достоинством этой технологии является возможность добиться приемлемых значений запыленности в рабочей зоне известными техническими средствами. Однако, в настоящее время ряд комплексов находится под угрозой закрытия ввиду отсутствия в портах таких технических средств.

Для решения задачи действующие требования ориентируют на использование механизации,автоматизации, аспирации и других способов локализации выбросов. Опыт проведения санитарно-гигиенической (экологической) аттестации портов пока ограничен.

На территории бывшего СССР единственным портовым объектом водного транспорта, прошедшим сан-гигиеническую аттестацию в 1978 году, является Медвежьегорский порт на Онежском озере, основные системы которого спроектированы по техническим заданиям автора представленной работы. В течение шести лет после работы государственной комиссии по приемке объекта доводились

последовательно все узлы от разгрузки вагонов с апатитовыми концентрациями дс погрузки судна. Все системы и узлы арестовывались отдельно, а затем проводились замеры рассеивания по территории с определением санитарно-защитной зоны.

Необходимость снижения расходов на погрузо-разгрузочные работы и перевозку привела к созданию транспортно-технологи-ческих систем (TTC) на основе единых принципов проектирования технологии при четком взаимодействии смежных видов транспорта, грузоотправителей и грузополучателей.

Система взаимоувязанной технологии и организации перевозок с минимальными народнохозяйственными издержками, однако, должна также учитывать и природопользование, что предусматривается современными критериями логистики - науки о рациональной организации производств и распределения продукции с минимальными расходами.

Известно, что в настоящее время при проектировании промышленных предприятий учитывают использование природы, что в комплксе приводит к необходимости проктировать природно-про-мышленную систему (1ШС). С этой целью предлагается вводить показатель использования производственной территории с учетом вспомогательныхё производств и санитарно-защитной зоны.

С учетом транспорта, соединяющего предприятия производителей и получателей и располагающего для этого подвижным составом и портами-перевалочными базами, целесообразно введение понятия ППГТС - природо-промыпшенная-транспортно технологическая система, включающая в используемые площади основного производства и санитарно-защитные зоны, что существенно зависит от уровня технологичности транспортно-промышленных операций.

При этом встает вопрос оптимального " природопользования, особенно с введением плат за природные ресурсы. Экономя на технологическом оборудовании будет неоправдана, т. к. высокие выбросы и большие зоны рассеивания (СЗЗ) до установленных ПДК определят высокую плату за отчуждение земель.

В практику природопользования введено понятие "оптимального уровня загрязнения", определяемого минимальными суммарными издержками на мероприятия предотвращения засорений (технологичность оборудования, устройства контроля, защиты и ликвидации загрязнений и т. п.) и мероприятия компенсации последствий засорения в виде штрафов и налогов, образующих фонды ре-

конструкции, рекультивации, социальной реабилитации населения и т.п.

Названнные обобщенные показатели природопользования определяют необходимость совершенствования технических средств транспорта, нормирования нагрузок на природу в конкретных географических условиях с учетом состояния биоты, создания систем контроля за состоянием природы (мониторинг), оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и систем комплексного автоматизированного контроля экологической безопасности (КАСЭБ).

11-2. МЕТОДОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧИВАЩИХ ДИСЦИПЛИН И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЯ

Анализ работы объектов морского транспорта с позиций природопользования определяет необходимость использования методик реализации экологических требований. Различными аспектами этой задачи посвящены работы многих авторов. Алхименко А. И., Волошин RE, Дж. Уильяме рассматривают вопросы охраны природы при освоении ресурсов Мирового океана, использование технических средств при эксплуатации флота, основы контроля морских загрязнений. Правовой аспект охраны окружающей среды рассмотрен в работах Сидорченко В. Ф., Кириленко RIL , Мешеры R Ф., Гревцо-вой Т. П., Ыальского 1L 3., Кузина А. К.

О необходимости широкого международного сотрудничества в области природопользования указывалось в ряде международных документов последних лет,

Эта необходимость подчеркивается и в резолюции "Об исторической ответственности государств за сохранение природы земли для нынешнего и будущих поколений", принятой XXXVI сессией Ге-ассамблеи ООН в 1981 г. ПО инициативе СССР. Е 19S2 г. на следующей сессии Генеральной Ассамблеи ООН одобрена "Всемирная хартия природы", возлагающая на все государства ответственность за сохранение нашей планеты и ее богатств, хартия призывает государства принимать специальные меры для охраны окружающей среды.

Международно-правовое регулирование предотвращения загрязнения морской среды е настоящее время осуществляется как путем принятия государствами мер по полному запрещению загрязнения морей и океанов наиболее опасными веществами, таг: и по

максимальному ограничению сброса некоторых других веществ. Возникаюшщ при этом проблемам посвящены труды ряда советских и зарубежных ученых.

Экономические проблемы природопользования рассматриваются в работах Шльник Л Г., Соловьевой Е. А., Коптюг В. Е , Мкрчан Г. М. , Федоренко К П., Гофмана К. Г., Ковалевой Е Г., Столяровой Л. А. и др.

В настоящее время затраты на сохранение и улучшение природных ресурсов растут быстрее, чем общие капитальные вложения и национальный доход, отвлекая все большую долю экономического потенциала страны, и это при ценах, не отражающих истиную стоимость природных ресурсов. Цена должна строиться на основе дифференциальной ренты, определяющей вклад данного ресурса в эффективность общественного производства при оптимальном режиме эксплуатации ресурса. Для ресурсов природы (например, земли) оптимальная оценка демонстрирует не фактическую (порой низкую, неудовлетворительную) отдачу, а потенциально возможную в рациональном хозяйствовании. Отсюда возникает важнейшая проблема разработки долгосрочной стратегии развития "пятой сферы" производства - экологизации структуры народного хозяйства, что обеспечило бы кардинальное снижение природоемкости общественного производства и одновременно решительное улучшение среды обитания.

В работе Ковалевой Е Г. (1992 г. АЕ Украины) сделан вывод о тотальном наличии устаревших технологий всех видов деятельности, отмечается высокая степень отходоемкости, что приводит к неопрсщддиниму отчуждению земель.

Экономический ущерб от несовершенной ехники в 10 раз выше ущерба от эксплуатации экологически несовершенного оборудования и транспортных средств (стр.16). \

В работе рассматриваются критерии экономического и экЗло-гического обоснования размещения объектов с учетом социально-экономических факторов.

Модели управления чистотой природной среды в работах Гофмана К Г., Гусева А. А., Яблокова А. В., Горстко А. Б., Сергеева Ю. Г. и др.

Любая производственная деятельность оказывает суещствен-ное вияние на природную среду, отвлекает часть ее ресурсов от других видов деятельности, что, в частности, влияет на биопро-

дуктивность природы, что в целом может снизить национальный экономический эффект. Многофакторность явления приводит к сложным математическим моделям с учетом стохастичости гидрометеорологических явлений и техногенных нагрузок неорганизованных природопользователей. В работе Шабанова В. Е обобщены вопросы формирования внешней среды рассмотрением задач переноса энергии и вещества на основе исследований Лыкова А. Е, Аверьянова С. Ф., Нерпина А. И., Чудновского А. Ф., Бондаренко Е Ф., Голованова А. И. и многих других, что позволило определить зоны адаптации растений и требования к условиям внешней среды.

Эколого-географический аспект проблемы нашел рассмотрение в работах Израэля К1 А. , Лаврова С. Б. , Алхименко А. Е , Чистоба-ева А. К , Дмитриевского Ю. Д., Герасимова И. Е , Слевича С. Б., Лымарева В. К, Мальского М. 3., Поспелова Е Е, Шабаровой Э. Е, Сергеева Ю. Е и др., где подробно рассматриваются проблемы океанического природопользования, дана классификация систем и подсистем мониторинга, дается оценка природноресурсному потенциалу с экномико-социальной оценкой загрязнения природной среды.

Производственная деятельность объектов водного транспорта происходит в активном взаимодействии с природной, средой, с расходованием ресурсов природы. Относительно природы технический объект является точечным, линейным, стационарным или подвижным, не может быть абсолютно экологически чистым, и встает вопрос о допустимой интенсивности производственной деятельности.

Техногенные антропогенные выбросы для природы являются загрязнителями-полютантами, которые частично нейтрализуются природной средой, меняют ее качество в зависимости от трансграничных переносов (атмосферных и гидросферных), процессов диффузии и биоаккумуляции. По Гольдбергу, относительная степень загрязнения является функцией трех параметров Ю - Г где Ь - время перемешивания загрязнителя в среде, У - поступление веществ от производственной деятельности, V - объем природной среды.

При допущении стационарности природных воздействий (физических, химических, биологических, бактериологических и геологических) в рассматриваемом -объеме

t • г

В = к

V

где К - коэффициент пропорциональности.

Степень загрязнения определяет массу загрязнителя. При расчете массового баланса учитывают все загрязнители с учетом градиента концентрации и коэффициента переноса, в результате можно определить, какое количество вещества дойдет до биоты и до человека в частности.

При этом необходимо учитывать процесс биоаккумуляции веществ в организмах с помощью коэффициента концентрации где С - концентрация веществ в организме, С - концентрация веществ в окружающей среде.

Это необходимо в токсикологических прогнозах и ут^азывает на возможность использования биомониторинга с использованием простейших организмов как интегральных критериев качеств среды.

Таким образом, некоторые организмы являются или очень полезными "мусорщиками" или наоборот, весьма вредными из-за высокой концентрации в них токсичных веществ, но пригодными для целей биомониторинга. Опыт создания подобных систем в агрофизике (Карманов С. Е , Степанов Л.Е) . и биологии (Ризниченко Г. Ю., Погосян С. И.) показывает целесообразность применения этих идей в создании комплексной автоматизированной системы экологической безопасности.

Каждый конкретный загрязнитель, выброшенный в количество Р в направлении X будет распространяться со скоростью (3 = К бР/йх, где <1Р/с1х - градиент концентрации, а К - коэффициент переноса (закон Фика), т. е. скорость распространения загрязнения линейно зависит от коэффициента переноса и градиента концентрации.

Вопросы трансграничного переноса в атмосфере и гидросфере подробно рассмотрены и методически обеспечены в работах Кондратьева К. В. , Адаменко В. Е , Блинова И. А. , Слепцова-Шэвлевича Б. А. , Молчанова В. Н. и др. , при этом в работах даменко В. Е природно- изические модели имеют выход на региональные, токсикологические модели в виду накопления и пагубного воздействия загрязнителей с определением изменения продуктивности биоты.

При попадении загрязнителя в окружающую среду устанавли-

вается новое равновесное состояние, характеризуемое временем пребывания загрязнителя в рассматриваемом объеме (в зависимости от баланса масс в природной среде, например, подача воды в эстуарий руслом реки и вымывание объемов воды приливами моря) и временем выравнивания соли поступление загрязнителя прекратилось, т.е. (в терминах теории автоматического регулирования) природа обладает свойством самовыравнивания с определенной скоростью переходного процесса.

Из рассмотренного следует, что, , зная особенности природного фона, необходимо предъявить требования к режиму и интенсивности работы предприятий, определять размеры санигарно-за-щитных зон, проектировать природно-промышленные транспорт-но-технологические системы (ППТТС).

Из различных ■ аспектов междисциплинарной экологической проблемы очевидно наличие многообразия исследовательских методов, использование которых требует системного подхода и кадрового обеспечения по комплексному мониторингу.природной среды и управлению природопользованием.

Опираясь на достижения обеспечивающих дисциплин возможна реализация методологии технико-экологических исследований.

На рис. 6 показано, что функционирование объектов водного транспорта в природной среде на существующем техно-антропогенном фоне требует нормирования выбросов в пределах допустимой нагрузки на природу с использованием системы мониторинга и системы комплексного автоматизированного экономического контроля. Блок сравнения при отклонении от заданных параметров дает информацию для принятия орг-тех мероприятий с воздействием на груз (грузопоток), контролируя состояние техники и технологии при оперативном регулировании.

На стадии проектирования необходимо определить требования к свойству груза, разработать методы регулирования свойств.

Техника транспортного и перегрузочного процесса должна обеспечить работу с выбросами, не превышающими установленные нормы, иметь системы предотвращения и сбора выбросов, контроль состояния оборудования с определением вероятности отказа, необходимым резервированием и службой технической эксплуатации.

Технологический процесс нормируется технологической картой и регулируется системой мониторинга в зависимости от состояния окружающей среды.

- 21 -

Изложенная методология позволяет достичь ресурсосбережения через минимальные потери материала при транспортировании с минимальными потерями ресурсоз природы и определяет структуру представленного исследования (рис. 7).

В последующих глазах рассмотрены прикладные вопросы создания транспортных технологических процессов и экологической аттестации с использованием методов необходимых научных направлений.

Е МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ПОРТОВОГО ПЕРЕГРУЗОЧНОГО КОМПЛЕКСА С СОВМЕЩЕНИЕМ ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ОКРУЖАШЕЯ СРЕДЫ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Основные нормы и принципиальные требования к созданию транспортно-перегрузочных комплексов (ТПК) изложены в "Нормах технологического проектирования морских портов", раздел 13 "Охрана окружающей среды" (М.: Мортехинформреклама. 1984 г.), разработанных в Ленморпроекте - Союзморпроекте (Черняк А.Я., Аракелов Ф. Г. и др. ), где обобщены основные требования СБИЛ. При этом отмечается, что в целях предотвращения загрязнения окружающей среды з проектах ТПК должны предусматриваться:

- комплексная механизация, автоматизация и дистанционное управление перегрузочными процессами, а также автоматическая сигнализация о ходе отдельных работ и операций, связанных с возможностью выделения вредностей;

- применение унификацированных и специализированных обес-пьшезающих технических средств, защитных устройств, санитар-но-технических установок, высокоэффективных средств очистки выбросов, создание санитарно-защитных зон;

- применение устройств для измерения и постоянной регистрации количества поступающих в атмосферу и акваторию вредных веществ и устройств для регулирования величин выбросов за счет изменения степени очистки и технологического режима перегрузочного процесса и т. д.

Исследовательские методы и инженерную реализацию этих обобщений можно рассмотреть на основе работ по созданию и освоению ТПК (TTC) апатитового концентрата из Кирова (Хибины) со строительством портов з Мурманске и Медвежьегорске (Карелия, Онежское озеро), начатых з шестидесятых года:-:.

---- ЭКОЛОГИЯ СУДОХОДСТВА

приролн'лн фон тсхно-антропогонннн

* ФОН

| Флот | ( Порты | | С.Р.заводы |

Груз производств.иатцриалг Свойства, токсичность, поверхностная активность, гампобразущая способность I

Техника Соответствие и состояние оборудования, наличие устройств и систем предотвращения и сбора выбросов

1_

Технология Соблюдение технологически:: норк и культуры труда

Нормироигнне

Лопустшпле нагрузки на природу

| . Мок;:тО;я:

Блок с^апнслнл пп критери

Я11 ЭКОЛОГИИ, «КОНОМ!!!!;',

управлпния, прав:'_

Методологическая концепция |

| Экологическая характеристика объектов водного транспорта

ФЛОТ ЮРТ | СРЗ |

Методология обеспечивающих дисциплин

техника технология экономика и право экология ]

Теоретические основы экологизации

груз техника грузопоток технология сан опт защ.зоны, природопольз. экологическая аттестация

Инженерные решения, окробация, внедрение

порт

ТТС

СРЗ

Концепция комплексной экологической оценки воздействия на окружающую среду при создании новых портов

ОЙЗС 13 Экологическая инспекция АСКЗБ

а д р ы

Рис. 7 Структура работы

Очистные сооружения порта по приему нефтесодержащих балластных и сточных вод с судов в данной работе не рассматриваются, т.к. это отдельное направление, имеющее реализацию в зависимости от судопотока, так же как и сбросы портовых мастерских и т. п., аналогичные сбросам промпредприятий.

Идеологами создания портовой техники и технологии последних десятилетий были профессора Дукельский А. И. , Долголенко А. А. , Сиротский К Ф. , Ерофеев Е И., Ветренко Л. Д. , Бучй^ Е. Д. , Силиков Ю. В. , Гаранин Е Е , Фадеев И. Е

Исследованию и созданию технологических процессов портовой техники для пылевидных грузов посвятили свои работы Евграфов В. А. , Миненко А. К , Резников В. Б. , Смольский С. И., Ривкин М. Б., Мацкевич М. К , Сорочинский В. А. , Макаров В. С., Лейкин Б. С. , Кальварский Л. М. , Попов В. А., Гладышев А. Е , Шэрле 3. Е , Ларин Ю. А., Семенов А. М. , Яценко В. А. , Зильдман К Е , Суколе-нов А. Е.

Проектирование этих объектов вели главные инженеры проектов Аникин Г. Е , Шпиталева М. Е , Трифанов В. В. , Цекелис А. А., Розен Г. И. , Белокопытов В. А.., Розенкер Е И. • ~

Осваивали в портах под руководством главных и ведущих инженеров: Зильбершехта Б. Л. , Ситаева В. М., Подопригора А. А., Солодяниква Т. Е , Евоюнина Е. Е , Данилова А. И. и др.

ПЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СВОЙСТВ ГРУЗА

Экологичность оборудования определяется соответствием грузу, его основным свойствам. Сыпучие грузы химической промышленности, как правило, представляют собой максимально, измельченную массу так, чтобы передать энергетику материала через большую поверхностную активность в предназначенном производстве (например, удобрения для сельского хозяйства). На транспорте это приводит к существенному удорожанию оборудования, которое должно преодолевать сопротивление материала перемещению (сдвигу) , слеживаемость, сыпучесть, пылевидность и т.д. Эти свойства существенно зависят от валжности, формирующейся при производстве, имеющэй существенные отклонения от среднего значения стандарта.

Создание машин и складов для сыпучих материалов невозможно без достаточного знания их прочностных качеств, причем в

отличие от задач механики грунтов, где, как правило, достаточно знать только полное сопротивление сдвигу, в механике насыпных грузов необходимо знание составных частей этого параметра - внутреннего трения и сцепления, определяющих энергетические параметры оборудования.

Используемая в настоящее время зависимость сопротивления сдвигу Т' от нормальных напряжений <0

Т-б'^У+То

является математическим выражением закона Кулона, где -сцепление, не зависящее от нормального давления, а ^ -коэффициент внутреннего трения. Попытки различных авторов выделить в общэм сопротивлении сдвигу отдельно внутреннее трение и сцепление противоречивы.

Определение расчетных прочностных показателей свойств материала требует постановки лабораторных экспериментов по методике, наиболее полно отражающей условия работы материала в натурных условиях. Механика грунтов не располагает какой-либо универсальной методикой, а наиболее распространенные отличаются друг от друга методами отвода отжимаемой влаги и способом приложения нагрузок.

■ Анализируя работы Г. П. Чеботарева, Гогентоглера, Крея, Тидсман выводит критерий Крея-Тидсмена при переуплотнении материала под нагрузкой С>п и испытания на сдвиг под расчетной нагрузкой <Эг

являющейся "важной вехой, так как исключает понятие Кулона о сцеплении как о некоторой постоянной величине для данного материала".

В представленной работе выполнены лабораторные эксперименты по ■ получению значений сцепления, внутреннего трения и достоверной предельной кривой для определения напряженного состояния с использованием круга Мэра и показана зависимость этих параметров от плотности.

При испытаниях получены сопротивления сдвигу под нагрузкой, соответствующей уплотнению, при уменьшенных нагрузках

после переуплотнения, превышающей нагрузкой и без нагрузки с предварительным уплотнением, что позволило моделировать состояние материала в транспортных процессах.

В общем виде имеем 1 :

в формуле Кулона содержит в себе не только внутреннее тре но и.сцепление, можно сказать , что формула лишена этого недостатка.

Таким образом, рассмотренная методика позволяет моделировать состояние материала, разгруженного от ранее прилагавшихся нагрузок, что происходит, например, при открытии разгрузочного отверстия силосов и бункеров и необходимо для получен^я-пре-дельной кривой при определении параметров процессов сводообра-зования и истечения, а также для определения сопротивления при работе транспортирующего органа перегрузочных машин.

При открытии разгрузочного отверстия связный материал во многих случаях не достигает предельного равновесия и для изменения его свойств используется различного рода воздействия на структуру материала в емкости. В этом случае возникает необходимость определения параметров побуждающего и регулирующего воздействий, изменяющих свойства материала до предельно напряженного состояния, необходимость моделирования этого воздействия.

Используя изменение подачи воздуха как регулирующее воздействие при автоматическом управлении процессом разгрузки, необходимо знать закон изменения сопротивления сдвигу связного дисперсного материала в функции изменения параметров воздуха.

Для определения влияния фильтрации воздуха на сопротивление сдвигу в сыпучей среде разработан фильтрационно-сдвиговый прибор, на котором определялись:

1) параметры воздуха, соответствующие общему сопротивлению сдвига; \

2) изменение внутреннего трения и сцепления в зависимости от воздействия сжатым воздухом.

Прибор состоит из подвижной и неподвижной каретки, в которую встроен пористый элемент, второй пористый элемент встро-

Обрашэясь к суждению К. Терцаги о том, что выражение С ¥

ен в штамп, передающий на материал вертикальные нагрузки. При фильтрации воздуха через напряженный образец одновременно прикладывается сдвигающее усилие, а смещение кареток определяется замыканием микроконтактов (рис.8).

В прибор загряжалось 250 см апатитового концентрата и проводились испытания при различных уплотняющих нагрузках до 0,4 кге/см на плоский сдвиг, фильтрацию и совместное действие фильтрационных и сдвиговых сил с учетом влажности образца.

Результаты испытаний показаны на рис. 9. Кривые предельного равновесия 1 и 2 получены на образцах под нагрузкой после прекращения деформаций соответственно сдвигающими и фильтрационными силами, кривые сцепления 3 и 4 получены испытаниями уплотненного образца, но при снятой нагрузке, после окончания деформативных осадок, т. е. пористость образца и силы сцепления в нем соответствовали уплтняющей нагрузке.

Затем проводились испытания при совместном действии сдвига и фильтрации и значения соответствующих друг другу величин одинаково отмечались в параметрических пространствах , & (сопротивление сдвигу - нагрузка) и р , (? (давление фильтрационного потока - нагрузка).

При равных улсовиях разрушение образца можно было получить как сдвигом, так и фильтрацией с эквивалентом 0,1 кгс/см 2000 мм вод. ст. «=0,2 кгс/см , что учтено при выборе масштабов графиков.

Оценивая совместное действие фильтрационных и сдвигающих сил и принимая во внимание данные графика под осью абцисс, можно написать формулу закона изменения сопротивления сдвигу с учетом фильтрации

Таким образом, при фильтрации воздуха через испытуемый образец уменьшается эффективные нагрузки на скелет материала, тем самым снижая сопротивление сдвигу, иначе говоря, если по соотношению сил в напряженном материале не достигает предельное наряженное состояние, то через материал необходимо обеспечить фильтрацию воздуха с давлением, компенсирующим недостающее касательные силы и определяемым при испытаниях на фильтра-ционно-сдвиговом приборе.

\

Рис.8 Фидктрашюкно-сддиговыА прибор

их/а*

Рис. 3 Результаты испытаний на фильтрацнонно-сдви- — гоаом приборе ■ •

"К

Рмс <0 ОпрьЭелсние пыльвиЗИаи части гртепотока п» с*»|»»«ти 1имчми* (»»»личин*

- 26 -

Необходимо подчеркнуть, что силы фильтрации изменяют в споротивлении сдвигу только составляющую внутреннего трения, что указывает на возможность использования подачи воздуха как регулирующего воздействия в транспортных процессах.

При переработке крупных грузопотоков пылевидных грузов потери груза от пыления и потери ресурсов природы от пылевой нагрузки представляют ■существенную опасность и приводят к отчуждению значительных территорий под санитарно-защитные зоны.

Оценку запыленности можно проводить по РД "Методические указания по оценке запыленности в морских портах", разработанные Ю. А. Лариным с А. М. Семеновым, унифицирующие и совершенствующие методом взвешивания фильтров после просасывания воздуха с фиксированием расхода, времени и условий отбора проб.

Однако, на предпроектной стадии и при проектировании оборудования необходимо знать пылеобразующую способность материала.

Б работе разработан метод, опирающийся на способ определения фракционного состава, -предложенный Е А. Евграфовым: для фиксации частиц исследуемый материал пропитывается синтетической смолой и после затвердевания изготавливается шлиф, исследуемый под микроскопом. Статическая обработка данных линейных размеров частиц по перемещаемой секущей позволяет построить вероятностную гистограмму крупности частиц.

Для определенгия количества частиц, способных перейти в пыле образное состояние, воспользуемся понятием скорость витания и определим ее для частиц каждой крупности в рассматриваемой гистограмме, что образует обозначения второй горизонтальной оси (рис. 10).

Выполненные расчеты и построения позволяют определить вероятностное количество частиц - долю грузопотока, способную перейти в пылевидное состояние с интересуемой скоростью оседания применительно к условиям перегрузочного процесса с последующим учетом защемленности или рассеивания потока. При этом по данным Попова. В. А. необходимо учитывать изменение плотности и скорости падения груза в струе в зависимости от высоты сброса.

Для оценки . экологической и сан-гигиенической опасности груза необходимо учитывать фракционный состав при определении проницаемости среды и химическую активность для определения

т оке иле г иче с них нос лед с г в ий.

Так для апатитового концентрата было установлено стсутв-тие солккозоопасности, но мелкодисперсность, соизмеримая с альвеолами легких, определила "пневмофракшюнную" опасность, выводящую из работы засоренные части легких.

Установление специфических свойств груза позволяет пре-дусматреть необходимое оборудование и средстза защиты при разработке ресурсосберегающих мероприятий.

Ш-2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРУЗОВЫХ РАБОТ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ЕЫБРОСОВ

При освоении крупных грузопотоков химических грузов, концентрирующих в порту большое количество сопутствующих вредностей, экологическая и сан-гигиеническая опасность возникает в местах возможных потерь материала при передаче груза по технической линии.

Наиболее вероятностные места - складские, вагонные и судовые работы, в пересыпных транспортных узлах - в местах переброса груза.

Склады открытого хранения применимы только для тяжелых малопылящих грузов (железо-рудный концентрат), но при длительном хранении нужна поверхностная обработка штабеля для создания защитной корки.

Склады крытого хранения (шатровые, силосные) требуют механизированной и регулируемой разгрузки с обеспечением требуемой производительности и экологической безопасности.

Разгрузка силосного склада затруднена возможностью свобо-дообразования, при увеличении разгрузочного отверстия получается лавинообразный неуправляемый процесс с большими пылевыми выбросами груза.

Для строительства Медвежьегорского порта (Онежское озеро) при освоении грузопотока апатитового концентрата необходимо было создать экологически чистый и автоматически управляемый технологический процесс [39, 40 ]. Анализ существующих методик расчета свободообразования и производительности истечения груза из склада (рис.11) показал суешстЕенное расхождение результатов и понимания физики процессов образования статических и динамических сводов. Опираясь на исследование свойства мате-

I) В) г)

Зим» ЯЛ Пятом» Й.Н. «до**с./)уя»<!«»*. *»»»«•/.«<>.

-$•>/($—<(*,) /¡¡мтпеечя Ос»

¡кшет!1!

Рис. И К определению расхода при истечении: о) р = ^ 2^-—(*■ определяется кспери ментально). Для большинства святых материалов »,=1 ('*6 * ГА" т« — "М4ЛЬ,,ое еопрогмыеии» сдвиг?};

4) »«IУ (I — впрежелмтс* мсперяиеиталыо); т — угол иапраьде-'ни трения покоя; расход 4-3600 + * + ; »ю,ж=

* У ' гсрврта*'5; 11 и»ффиииент трения; «стечение вожожяо пря

У1паж>9Вкк> п; п —частота сяо&ообрягом««*: г) экспериментально

установлена специфика истечения мелкодисперсных сред я наличие оеремд* даме* км» под с»одом

I1'1'1'1

I 4. тм

</.,-« И/я 4,-М»«

1 Я »

2 № 50 73

3 . 71

1 II «

5 40 и и

6 56 «

7 Ы о

> а N В7

» 55 71

Рис. Результаты измерений диаметра зоны потока ¿а в сравнении с расчетным с

риала и знание сопротивления сдвигу в зависимости от плотности [ 4. 10, 15 3 в работе сделано допущение, что свободообразова-ние не зависит от размеров разгрузочного отверстия, установленного по заданной технологической производительности. Свобо-дообразие зависит от свойств груза и определяет предельно устойчивый размер й выработки о последующим обрушением и образованием "зоны потока". Над разгрузочным отверстием при образуется статический свод, в зоне потока, находящейся в предельном состоянии, образуются динамические своды. Обрушение динамических сводов происходит с преодолением сил трения по стенкам канала, вакуума в зоне разрыва потока, с преодолением сил сцепления внутри свода при переходе в подвижное состояние [ 9, 14 ].

Для определения размеров зоны потока (рис. 12) был проведен эксперимент на лабораторной модели с диаметром 300 мм и высотой 500 мм. Удаляя материал скребком из статического свода над разгрузочными отверстиями с диаметром 20-80 мм и измеряя размеры образующихся сферических выработок, определили критический поперечный размер, с которого начиналось движение столба материала. Из сравнения результатов с расчетным предельным свободообразующим диаметром (см. работы Зенкова Р. Л., Новокре-щенова И. А.) следует, что размер зоны потока ¿2'/г и наибольший свободообразующй размер соизмеримы, причем

, Тог fe *

^ Ctf¿ е. - у

0

где Toe определяется с учетом плотности материала по методике, изложенной в гл. П;

^Г, ¥ - объемный вес материала и угол внутреннего трения.

Исследование прооцесса истечения апатитового концентрата из емкостей на моделях различных размеров и на натуре (к-т "Апатит") позволило установить фактические коэффициенты истечения для исследуемого груза и выполнить реальные расчеты производительности С 1, 5, 7, 22 ], подтверждающие ее зависимость от зоны потока и регулирующего воздействия в зоне разгрузки. Анализ работ по определению зоны потока (рис. 13) показал разнообразие толкований этого процесса и не дал метода ее построения [ 9 ]. Используя возможность получения предельной кривой сопротивления сдвигу при реальном значении и известные

»

« SI _Ч _4 i)

Uta

ГЛмяил.!/ hfimm

.4i Гтятв

* Г. Ai/4—iw»

Г , »-»,• 1. .

*f

•a-Oh

о.'-ц;. " г«.' -

'•"(fc-íi-ЧЛ. Злати***» яа яшмт

Zbi/ryrr* цвттн mtmt-НЯ»

»Г "I(.-.

V'-f.'.,

JlílNfl'MMI IV WW" Ы1М1« шзшт тт»'

ФвА-т IfZ *C*»"W*W». ^(HZOfi, «л;

bmtMimgimai штц*» -99»

т.

Мми«4 «ИМ««*' о» wwntt

Рис. Сравнение результатов нсслелооаниЬ но определении) зоны поток«

Рис.К построению зоны потока н динамических саодов С /чс1вм T«t

зависимости между главными напряжениями по кругу Мора, в работе предложен метод построения "зоны потока" и динамических сеодов (рис. 14).

Рассмотрение влияния связанности на форму потока позволило систематизировать формы истечения, объяснить характер разгонных кривых, полученных при единичных возмущающих воздействиях воздухом (рис. ) в ходе промышленного эксперимента, и дать физическую модель разгрузки емкостей со связными материалами (рис. 15) [ 8 ].

Исходя из структурных изменений в материала при разгрузке емкостей, можно условно представить двухзвенную модель процесса с объемами V/ и Уд . фи открытии отверстия и разрушении статистического свода в объеме V/ зоны потока с диаметром ¿//г происходит разрыхление материала до "критической" пористости, соответствующей состоянию движения. При движении поток с диаметром встречает на своем пути сопротивление в виде разгрузочного отверстия с диаметром г/сйл в результате чего в объеме 42 происходит уплотнение'материала и образование свода. Для поддержания процесса истечения в объеме 42 необходимо обеспечить "вторичное" разрыхление материала, для чего здесь предусматриваются системы пневматического побуждения с регулируемой подачей воздуха через перфотрубки. При увеличении угла открытия регулирующего крана возрастает доступ воздуха в зону вторичного разрыхления и по мере изменения структуры материала - преодоления сил сцепления и изменения пористости, изменяется расход воздуха . С изменением расхода воздуха увеличивается производительность разгрузки из зоны Чг и изменяется реакция Р ее взаимодействия с зоной Чл . при возмущении реакцией ? зона потока 41 постепенно включается в движение, наполняя зону Чг и определяя полный расход сыпучего

Основываясь на характеристиках объекта и представленной функциональной связи, построена математическая модель процесса разгрузки в динамике. При построении динамической модели используем метод анализа динамики технологических объектов, предложенный Е Е Трифоновым и рекомендации Дудникова К. Г.

Используя принцип суперпозиции, рассматриваем последовательно пассивный объем Чл , в виде системы элементарных поршней и воздушных прослоек, образующих в среднем единое тело, и активный объем Чг , где энергия сжатого воздуха преобразуется

РиС, № Вюимо^^г^

4 /1/>Эч*ЫЛ

От/ч 500

400

300

200

100

22" 90' ¡1

ОЛ I 2 р кгс/ся*

~ай 5Й ¿90 УЛ Са/с

среда

т

■

И

г

Рис.17 Характеристики процесса разгрузки Рис./4 Блок-схема автомата и

- го -

в массовые силы, разрушающие внутренние связи в материале, и затем в кинетическую энергию потока. Используя уравнение неразрывности и импульсов сил для состояний материала в каждом из звеньев, после интегрирования и дифференцирования по времени, вариации переменных в стационарном режиме и преобразования Лапласа, поучена передаточная функция \ц, пассивного объема Ч£ определяющая его как колебательное звено, и передаточная функция апериодического звена Мг для активного объема с постоянными времени

¿ЗГ_

т' * Г*-Тл" **а

где - коэффициент сопротивлений &

( - к-т бокового давления, т^?/ - к-т трения в движении);

а - коэффициент формы, 4Г - Туу^ ; ч = 9,8 м/сек ( Г и ? - поперечные сечения активного звена в его верхнем и нижнем основании); (3 - расход, 0 = цУ, - вес сыпучего (Ч - погонный вес, V - скорость, Н - высота звена).

Период колебаний Т/ характеризует движение как в целом зве на Ч* с высотой Н = Но , так и составляющих его поршней (Н = Ш ).

Так как высокочастотные колебания от движения элементарного поршня и низкочастотные колебания от движения Есего пассивного звена суммируются, то передаточная функция пассивного ■звена равна:

V/} = + /У/г

Движение материала в зоне потока зависит от "'взаимодействия объемов V* и Чз. управляемого режимом фильтрации воздуха в объеме Чл при изменении регулирующего давления То в коллекторном пространстве побуждающего устройства. Для определения этой зависимости используются уравнение неразрывности для фильтрующегося воздуха и уравнение состояния газа Елайперо-на-Менделеева.

Распространяя зависимость между вариациями переменных на переходной процесс и преобразуя уравнение неразрывности по Лапласу, получаем передаточную функцию Уз фильтрации воздуха,

определившую этот процесс как апериодическое звено с постоянной времени

/ -Л

где Ы. - коэффициент усиления звена. Ы. = р (Р - давление между объемами,) ^ ^/в - весовой расход воздуха через коллектор и вес воздуха в объеме Чл .

Структурная схема динамической модели процесса истечения сзязногр. материала из емкостей (рис. 16) устанавливает взаимное расположение передаточных функций составных ззеньев зоны потока и связи между ними. Из схемы следует, что побуждающее воздействие (

Я?

) преобразуется в приращение расхода материала (<§¿2 ) по апериодическому каналу (\Ь - ЧЛг ), обуславливая переходный процесс, описываемый звеном второго порядка, и по колебательному каналу + V// ), что соответствует ха-

рактеру разгонной кривой промышленного объекта.

Изменение производительности разгрузки приводит к измне-нию реакции питателя &Р/ , определяющей обратную связь и изменение тока двигателя , что позволяет контролировать

процесс истечения и регулировать его с помощью регулятора А^Ь .

Натурные испытания определили соответствие изменений параметров производительности и мощности при изменении подачи регулируюшрго сжатого воздуха в зависимости от угла открытия регулирующего органа (рис. 17) при различных диаметрах разгрузочного отверстия (статические характеристики) С 15 ].

Для поучения динамитах переходных процессов испоьзозан метод единичного Еозмущающего воздействия ( Р ) регулирующей средой и линеаризация переходной кривой. Полученное время запаздывания 1о , постоянная времени объекта Т/г (рис. 18) с учетом статических характеристик позволили определить тип регулятора (РПИЕ-М) и провести промышленные испытания системы автоматического управления процессом разгрузки склада. Сравнение теоретических и экспериментальных данных (рис. 19) показало соответствие исследуемых параметров, обеспечивающих регулируемость процесса. Существенную роль в качестве процесса разгрузки имеет питатель, параметры которого взяты за основу формирования регулирующего сигнала [2, 3 ]. С этой целью шнеко-вый винтовой питатель усовершенствован конструктивно, что поз-

fue /3 Сраёнлнит теоретических. и экстр» •

ментальных данных.

(i секундах)

¡Нюртичлскив нос томны*

Spinmi jfrnhtf Ьрамичесяы

I emamamutLi М|(«К]

структуры

Т. -

% et-У

(}. OL

Г - И'?Л

Т,-

¿r

водило упорядочить процесс подачи груза и получить соответствие расчетным параметрам производительности и мощности при полном заполнении кожуха и напорной загрузки при истечении из склада.

Для определения производительности (рис. 20а) вводится коэффициент Кг>, определяемый отношением площади сечения транспортируемого материала к полной площади сечения шнека, граница между, которыми определяется условием '¿рА , где

Я - угол подъема винтовой линии; У^ - , коэффициент внутреннего трения материала, находящегося в движении

Б, Б - шаг и диаметр винта шнека.

В существующих методиках расчет мощности при неполном заполнении кожуха материалом, трение определяется массой перемещаемого материала с приложением вектора сопротивлений в центре масс. При полном заполнении кожуха центр масс совпадает с центром вращения, .что не позволяет определить момент сопротивления вращению. В предлагаемой методике сопротивление определяется с учетом трения от нормального давления материала на кожух и сил 'бокового распора (рис. 206) от проталкивающего действия винта с учетом противодействия от истекающего столба материала.

Из схемы действия сил на элементарный объем материала (рис. 20в) следует

б'грси- (в? + ' Ж/тЛЫг-о

после преобразований и интегрирования от 0 до Б (где Б - шаг винтовой линии) получим

где Т определяет сумму напряжений по корпусу питателя,' и) плопвдь поперечного сечения; ^ - к-т бокового давления; Б -шаг винта.

5 Нсмтш mu lontuvnx дшнх1>

— xosTx e uoetol tpmioi I

— кож?! в iprriol IfUIOl.

в. йена iilETirnn сил «вин Mttjnua.

Рис ¿O

К VnpfStAl^UH} nfioujíoíumeAbHOcrrtu ч Мощности

- 33 -

Для расчета крутящего момента /Чго (с/ ? ;

где ш - число рабочих витков шнека, определим ¿о - расстояние точки приложения силы Р от оси вращения шнека как равнодействующей сил трения от нормального и бокового давления

где Ао и

Я - высота прямоугольной части и радиус кожуха.

Расчетные данные согласуются с результатами замеров на промышленном объекте.

Исследование работы склада позволило разработать технические гадания на проектирование узла разгрузки, питателя и системы автоматики САУ-С применительно к портам морского и речного транспорта с обеспечением экологически чистого управляемого процесса [ 23-37 ].

Создание устройств локализации пыли в местах переброса груза базируется на исследованной возможности определения пы-леобразующей способности материала и на работах Семенова А. М., Ларина Ю. А., Попова Б. А., определившего изменение параметров плотности потока материала с изменением высоты падения. Это позволило определить количество подсасывающего воздуха в поток груза и его выделение в конце падения при переходе в состояние покоя. Выделяемый воздух захватывает пылевидные частицы из потока и образует пылевой фон. Расчет эжекционного потока можно выполнить по методикам Эльтермана К Ы. для расчета воздушных завес.

Беря за основу установленный принцип подсоса и выброса запыленного воздуха в падающем потоке, строим по возможности замкнутые системы использования воздушной среды с промежуточным пылеотделением.

В Медвежьегорском речном порту на Онежском озере для приема апатитового концентрата с железной дороги и погрузки в суда грузоподъемностью 5000 т используют перегрузочное оборудование с производительностью 2000 т/час. Для обеспечения такой большой интенсивности перегрузочных работ Ленгипроречтрансом предложен прогрессивный способ разгрузки железнодорожных составов с использованием специализированных вагонов и галереи. Вагоны завода им. газеты "Правда" оснащены поднимающимся кузовом с роликами и складывающимся относительно хребтовой балки

дншцем (рис. 21).

При протяжке состава через специальную галерею с направляющими рельсами для роликов кузов поднимается относительно ходовой части, днище складывается и 60 т материала выпадают в приемные бункера. При скорости протяжки состава 5 км/час производительность в потоке достигает 240 т/мин. Однако, разгрузка пылевидного материала таким способом сопровождается йзрыво-подобным выделением пыли, так как падение материала с высоты Юм в замкнутый объем бункера приводит к резкому выбросу вытесняемого воздуха навстречу пылевидному потоку. При этом внутри галереи концентрация пыли составляет 3750 мг/м .

Отсюда следует, что прогрессивный высокопроизводительный способ разгрузки не может быть использован без специальных устройств, предотвращающих распространение пыли за пределы разгрузочной галереи, т. к. по действующи в Рф нормам предельно допустимая концентрация пыли в местах промышленных выбросов не должна превышать 80 мг/м (СН 245-63, ОН 245-71). с

Анализируя дисперсный состав апатитового концентрата необходимо обратить внимание на фракции, наиболее вредные для здоровья человека, и фракции, образующие достаточно устойчивую пыль, которая при движении вагонов выносится из галереи и засоряет окружающее пространство.

Изучение процесса разгрузки вагонов с поднимающимся кузовом позволило установить, что вынос пыли из галереи происходит по трем причинам:

- вследствие эжекционного эффекта при движении вагонов

\

(вынос присоединенных масс запыленного воздуха через проем_во-рот - 9,4 м2 );

- вследствие скопления апатита на конструкциях вагонов (буксы, балки и т. п.) и последующего сдувания ветром после выхода из галереи;

- от сквозного проветривания галереи между подачами вагонов.

Разнообразие причин выноса пыли из галереи определило необходимость создания комплекса устройств, действующих в различных стадиях разгрузки.

Таким образом, вагоны с поднимающимся кузовом разгружаются на ходу ( скорость 5 км/час), но система обеспыливаний (а. с. 652071) препятствует Еыносу пыли из специализированной

йГ*<1ы/т*6оми* поглуЛми cv2OÄ

tLTW

бункерной галереи при движении вагонов и от сквозного продувания. Процесс пылеулавливания производится по замкнутому контуру воздуходувов с системой мягких сопел., установленных по контуру вагона, и подвагонной воздушной завесой (фиг. 3) после предварительного обдува вагонов (фиг. 2) в уплотненных тамбурах (фиг. 1). Производительность ж/д подачи 8 ваг/мин, концентрация пыли в галерее 3750 мг/м , на выходе из галереи 50-80 мг/м .

Погрузка судна сопровождается интенсивным образованием пыли при падении груза с транспортерной погрузочной машины в трюм. При использовании пылеподавляющей насадки Ленморниипро-екта пылении существенно снижается. В дальнейшем необходимо специализировать флот для грузовых операций. При оснащении люковых крышек горловинами загрузочное устройство (а. с. 889579) обечпечивает непрерывность подачи груза последовательной стыковкой с горловинами и улавливанием пыли из вытесняемого трюмного воздуха (рис. 22).

Для устранения оператора из запыленной зоны контроль загрузки склада осуществляется автоматически (а. с. 699338), а подача груза на транспортеры происходит стабильно (а.с. 785126), обеспечивая высокую эксплуатационную производительность и отсутствие просьшей пылевидного груза.

Рассматривая возможность использования саморазгружающихся судов, предложены конструкции, обеспечивающие рациональную технологию перемещения груза з трюме с использованием мягких оболочек и продольного винтового транспортера (а. с. 613952), а при необходимости использования подобного судна для перевозки генгрузов'в обратном направлении предусмотрена возможность преобразования судка для сохранности технологического дорогостоящего оборудования (а. с. 537295). (А. с. - авторские свидетельства в приложении) [ 16- 21 3.

IV. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ' ЭК0Л0Г0-КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ПРИ ЭКСПЕРТИЗЕ ОБЪЕКТОВ Е0ДН0Г0 ТРАНСПОРТА

Экологическая экспертиза объектов водного транспорта в настоящее время носит случайный характер, но по мере развития экологического законодательства эта экспертиза примет, вероятно, регулярный характер. Ш ■ мере амортизации оборудования

предприятия возможно изменение качества и количества сбросов с отклонением от установленных норм, что возможно также при нарушении технологической культуры труда, изменения сырья и многих непредвиденных причин.

Эти обстоятельства обязывают руководствоваться общими положениями и методологией охраны окружающей среды, но каждый раз найти истинную причину и воспользоваться в анализе методом прикладной дисциплины, лежащей в основе технологического процесса, с привлечением кадров соответствующей квалификации.

IV-I. TTC ДОСТАВКИ КЛИНКЕРА-ЦЕМЕНТА ПО ЕНИСЕЮ ИЗ АЧИНСКА В НОРИЛЬСК

Проблема поставлена газетами "Труд" и "Еодный транспорт" по письмам трудящихся из мест перевалки груза (Ачинск, ГМК, порт Лесосибирск, порт Дудинка, Норильский ГОК).

В 1970 г. на Ачинском глиноземном комбинате, имеющм цементное производство на нефелиновом шламе, наладили производство клинкера, необходимого для изготовления цемента. В ходе расследования установлено, что Ачинский клинкер содержит до 30% мелко-пылевых фракций, что. не соответствует ТУ Минцветме-та, так как наготавливается не из проектного исходного продукта, а путем обжига сырьевой смеси (отходов глиноземного производства) , без корректирующих добавок для озернения клинкера и получения из него более высокой марки цемента. Отсутствие корректирующей добавки железорудных окатышей обусловлено отказом от перевозок с Кузбаса в целях экономии вагонного парка.

Следствием этого является недопустимое пыление при перевалке в портах из-за несоответствия транспортных свойств груза принятой технологии перегрузочных работ, а получаемый из такого клинкера цемент используется для. неответственных работ, а не для производства строительных изделий и конструкций.

По принятой технологии транспортировки груза клинкер должен был в полувагонах доставляться з Лесосибирский порт, накапливаться там на складе и в течение навигации отгружаться на суда для доставки на Норильский ГМК по Енисею с перевалкой в Дудинке. Енисейское пароходство и Норильский ГМК своевременно обеспечили подготовку перевалочных баз и транспортных средств зля гранулированного клинкера. Причал перегрузки клинкера з

Лесосибирском порту оснащен крановой механизацией и был спроектирован в соответствии со свойствами груза, представленными Главалюминием Министерства цветной металлургии. В соответствии с техническими условиями правила приемки и транспортировки регламентировали отгрузку клинкера навалом в открытьЬс. железнодорожных вагонах. Так как клинкер не является однородно-пылевидным материалом, строительство спецпорта было нецелесообразно. Однако практика показала, что перегрузка клинкера грейферами приводит к интенсивному пылеобразованию. Замерами Института гигиены на водном транспорте Министерства здравоохранения СССР установлено, что при погрузке материала на суда или на склад концентрация пыли достигает 780 мг/м . На самом Ачинском комбинате клинкер отгружается транспортерами и грейферами в самосвалы, с промелуточной перевалкой в прирельсовый склад открытого хранения и отгрузкой и использованием бульдозеров . и эскаваторов. При производстве перегрузочных работ пыление £ак-же превышает установленные нормы (рис. ).

Анализ гранулометрического состава Ачинского клинкера показал, что в нем содержится 35% фракций до 1,25 мм, а из них 16% - меньше 0,25 мм, что и приводит к образованию устойчивого пылевого фона и нарушению требований охраны труда и защиты окружающей среды. Здесь следует отметить, что по техническим условиям наличие в материале фракций 1,25 мм составляет от 1 до 15%, что не соответствует действительности.

Объемы перевозок, свойства материала и многократная перевалка при доставке из Норильска - все это указывало Аа необходимость нормализации грузопотока для перегрузки кранами и грейферами.

Рассмотрение проблемы совместно со специализированными организациями и проведение гигиенического и технического анализа показало, что для обеспечения нормальных условий доставки клинкера в соответствии с требованиями охраны труда и окружающей среды наиболее реальным является отделение мелких фракций из грузопотока клинкера при его производстве, что возможно осуществить двумя способами: отделение мелких фракций от колосникового холодильника, установленного после печей обжига в поточной линии или строительство отделения грохочения. ^

В колосниковом холодильнике материал в процессе охлаждения перемещается подвижными колосниками, имеющими цели разме-

ром 4-6 мм. Мелкие фракции при этом просыпаются в подколосни-ковое пространство на транспортер-волокушу. 1Ь существующей технологии при выходе из холодильника оба потока, крупный и . мелкий,, смешиваются в сборной воронке и загружаются в один из двух ковшовых транспортеров для подъема в силосные склады. Резервный транспортер, находится в состоянии готовности (в холодном резерве) принять нагрузку при отказе первого транспортера (по требованиям непрерывности производства с горячей печью).

Разделение фракций от колосникового холодильника требует установки третьего транспортера, . что невозможно по габаритам транспортерной галереи, или использования двух транспортеров, что несколько снижает надежность системы. При атом узел выпуска материала из колосникового холодильника должен Сыть переделан и оснащен спускной течкой для загрузки транспортеров как с разделением потоков материалов с колосников и волокуш, так и без разделения в случае отказа одного из транспортеров. Конструктивная возможность изменения выпускной части холодильника была согласована с "Волгоцеммашем" - предприятием-проектировщиком и изготовителем холодильников.

Для обоснования возможности разделения фракций с выводом транспортера из "холодного" резерва в "горячий", были проведены вероятностные расчеты по эксплуатационным режимам и наработкам на отказ.

Поток отказов восстанавливаемых объектов в периоде нормальной эксплуатации при неизменных условиях оказывается простейшим с постоянным значением его интенсивности - параметра потока отказов

. Поток восстановлений работоспособности объектов на практике чаще всего также оказывается простейшим.

По результатам строятся гистограммы, которые могут быть отражены теоретическими законами распределения потока отказов во времени (например, экспоненциальный закон, распределение Пуассона, Вейбулла, нормальное и т.д.).

Наибольшее применение для портовых машин имеет экспоненциальный закон:

** я -¿г

- 39 -

Л/т/- вероятность безотказной работы; /-¿) - вероятность отказа; ,

- параметр потока отказов^-время работы (наработка на отказ).

Рассмотрим транспортную систему из двух параллельных транспортеров (один резервный, но нагруженный).

Полная сумма возможных состояний может быть представлена квадратом и включает:

1) вероятность безотказной работы обоих транспортеров

V? /*) - Л2/*; • л'/У - ^^ /- ¿V

\

2) вероятность отказа одного из транспортеров 1 _

3) вероятность отказа обоих транспортеров

Я -А* А'-А-

Портовые системы относятся к классу систем с восстановлением. Если статистический анализ показывает быструю восстанавливаемость системы (т. е. высокую ремонтопригодность), то убытки от простоя будут невелики.

С увеличением доли времени нахождения системы в ремонтном состоянии увеличиваются расходы на ремонт и эксплуатационные потери.

Вероятность работы системы с восстановлением определяется следующим образом: ^

Л - --

¿А

где - среднее время восстановления. \

Вероятность отказа одного из транспортеров системы с восстановлением:

Я* Л- я*

Из данных статистических наблюдений установлено, что поточная линия по производству клинкера,, состоящая из печи с холодильником и транспортеров, имеет следующую периодичность ремонтов:

печь обжига останавливается на ремонт через 5 месяцев на 7 суток;

транспортер через 1 месяц на 1,2 суток.

Отсюда следует, что надежность работы транспортеров следует рассматривать в период 5 месяцев; наработку на отказ одного транспортера 60 суток, а - параметр потока отказов одного транспортера 0,00168 (отк/сут).

Расчеты показали, что надежность системы снижается незначительно (со 100% до 92,3%), с незначительным возрастанием затрат на ремонт. Применение этого способа позволит довести концентрацию мелких фракций в материале до соответствия техническим условиям.

Отделение мелких фракций грохочением может быть реализовано при помощи использования самобалнсного грохота (например, производства Еорошиловоградского завода им. Пархоменко) с затратами на строительство' отделения грохочения.

Ачинскому комбинату предлагалось рассмотреть также другие варианты:

- перейти на проектную технологию, где с целью, озернения материала в обжиг добавляют железорудные окатыши, доставляемые с Кузбаса. Это существенно улучшит его коммерческие и транспортные характеристики в соответствии с ТУ Минцветмета;

- отгружать в Норильск не клинкер, а цемент в пакетированном виде (соответствующим оборудованием комбинат располагает);

- отказаться от отправок клинкера на Норильск из Ачинска, а в Норильске организовать свое цементное производство.

Выполненный анализ определил происхождение криминальной ситуации и определил рациональное инженерное решение проблемы.

IV. 2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ОЧИСТКИ КОРПУСОВ СУДОВ ПРИ СУДОРЕМОНТЕ НА КАНОНЕРСКОМ СРЗ

Состояние корпуса судна существенно влияет на эксплуатационную скорость судна. В летнее время с повышением температуры воды значительно усиливается рост морских организмов, закрепляющихся

на корпусе судна, что увеличивает шероховатость и гидравлическое сопротивление движению, требует повышения расхода топлива.

Использование противообрастающих покрытий для корпусов судов может сократить затраты на топливо на тысячи долларов. Токсичные вещества, входящие в покрытие, убивают микроорганизмы в непосредственной близости от корпуса. Покрытия изготавливаются на основе связующих акриловых смол, а в качестве токсина используется трибутилолофторид. Однако это повысило ядовитость отходов краски, периодически удаляемой для замены.

Корпусные ремонтные работы на Канонерском СЗ (С. -Петербург) выполняются в производственных условиях сухого дока на акватории морского порта. По существующей технологии в таких случаях осуществляется ряд последовательных операций:

- конкретное судно веодится наплаву в короб притопленного дока,

- изолированному от внешней среды доку придается положительная плавучесть,

- закрепленный своей килевой частью на палубе дога корпус судна в надводном положении легко доступен для ремонтных работ.

При очистке корпуса судна используются пескоструйные механизмы, где в качестве тзердой добавки применяются так называемые купершлаки, состоящие из обломков шлакового пузыристого стекла и стекловидных шарикоЕ.

В отработанной фазе, г. е. после их использования в судоремонтном деле,.отечественные купершлаки по механическому составу представлены мелкими обломками, где 80% гранулометрического спектра состоят из частиц более 0,1 мм, основными минеральными компонентами которых яеляются окислы кремния и железа. Т.е. по своим гидравлическим свойствам (поведению в годной среде) отработанный купершлак соответствует песчано-гравийному природному материалу.

При обработке корпуса судна в закрытом доке масса использованного купершлака вместе с частицами и обломками краски опадает на днище сухого дока.

По завершении этапа очистки корпуса судна, отходы производства необходимо извлекать с мест осыпки и складировать на суше в специально отведенных местах.

В рамках описанной технологии попадание вредных компонентов в окружающую среду возможно либо по небрежности, либо при сознательном нарушении технологических правил. Помимо этого незначительная часть загрязнения может попадать в воду воздушным путем в виде шлейфа тонкодиспереной пыли при продувном режиме работ.

Анализ гидрологического режима показал, что отсутствие вол-

новой турбулентности в сочетании со слабой кинематикой водного переноса и переуглубленным дном делают в режимном отношении Новую Канонерскую гавань типичным отстойником для твердых взвешенных частиц и ловушкой для донного материала. Подтверждение этому служит характер донных грунтов по пробам, взятым в Канонерской гавани и за ее пределами, на выходе в Большую Неву.

Массы отработанного купершлака в смеси с обломками краски вероятнее всего могут сбрасываться в воду по гак называемому залповому способу и в результате оседать на дно не в гиде отдельных зерен по правилам Стокса, а по принципу "лавинной седиментации", где в режиме стесненного движения легкая часть осадка, не успевая перейти в дисперсное состояние, увлекается ко дну массой частиц с диаметрами зерен, соответствующих песчаным и гравийным фракциям, количество которых преобладает.

Для предварительного тестирования экологической обстановки на изучаемой акватории была выбрана ртуть как наиболее характерных индикатор загрязнения. Она же является одним из наиболее опасных поллютантов в куперпшаках.

В практическом обиходе чистыми от ртути считаются акватории, где содержание данного компонента в грунтах находится в пределах 0,05-0,1 микрограммов на один грамм твердой пробы.

Если концентрации ртути превышают 1 мкг/г, то такие грунты обозначаются как слабо загрязненные, а при 3 мкг/г - умеренно загрязненные.

Химический анализ отобранных в Новой Канонерской гавани донных грунтов был выполнен в Лаборатории экологии и гидрохимии Ленморниипроекта.

Предварительный вывод по проведенному тестированию однозначен: содержание ртути в донных грунтах невысокое. Явных признаков загрязнения ртутью Новой Канонерской гавани нет.

Что касается содержания в купершлаках цинка (3%), свинца (0,5%) и меди (0,7%), то указанные концентрации превышают установленные нормы, однако метод их извлечения (обработка купершлака соляной кислотой) не соответствует технологии судоремонта ни по реагентам, ни по скорости реакций. Специальные независимые экспертизы в Лабораториях химии стекла подтвердили этот вывод.

Однако, наиболее существенным в рамках представленной технологии является не сам по себе дробленый купершлак, а конечные отходов виде смеси шлака с судовой краской. По ходу обвинительной экспертизы явно не учтено то обстоятельство, что по степени экологической опасности краски, используемые для покрытия судов, приблизительно соответствуют ядохимикатам, что самое важное, обладают эффектом длительного действия, поскольку одной из важней-

ших функций указанных красок служит предотвращение обрастания корпусов судов морскими организмами, начиная с водорослей и заканчивая высокоорганизованными представителями биоты.

Поэтому не кажется удивительным обнаружение в составе отработанных шлаков одного из опаснейших с точки зрения экологии классов органических соединениях - полихлорбифинилов.

Анализ использования купершлака в судоремонте показал его относительную безвредность для окружающей среды. Методы химического анализа, используемые экспертами "Ленкомприроды", не моделируют технологический процесс по кинетике реакций, и не являются основанием к штрафным санкциям /48, 52, 54/.

V. МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕДПРОЕКТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОРТА (на примере Усть Луги)

Нормативными документами последних лет предусматривается экологическая экспертиза предполагаемого места застройки, проекта будущего сооружения и экологический прогноз - оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС). Однако, четкого механизма реализации экологических экспертиз нет, идеология экологизации плохо реализуется по многим причинам и, в частности, из-за«отсутствия структуры научного обеспечения междисциплинарных многофакторных экологических исследований, когда необходимые методы и средства находятся в различных отраслях узкоэкологизированных знаний, а специалистов по комплексному экологическому менеджменту нет; неразработанности законодательства по стоимости природных ресурсов, плат за выбросы, структур управления, реализации и надзора. Эти обстоятельства уже привели к многим экологическим потерям, волнениям общественности, к прямым убыткам в экономике и качестве жизни (защита С.-Петербурга от наводнений, размещение АЭС, затопление земель под ГЭС, мелиорация земель, отчуждение земель от сельского хозяйства под промышленные застройки и т. п.).

В данной работе рассматривается только один аспект этой емкой проблемы - методология проведения комплексной экологической экспертизы будущего пятна застройки с прогнозом предстоящих нагрузок (макет ОВОС).

Необходимость государства в портах очевидна для обеспечения международного экспортно-импортного взаимодействия. В связи с распадом СССР проблема портостроения в России резко обострилась, т. к. на политическом уровне в настоящее время нет условий использования известного в Европе механизма совместного цспользо-

вания существующих портов. Вероятно, условия будут меняться и масштаб проблем тоже, однако, в настоящее время тарифы на прохождение грузов через порты прибалтийских государств столь велики, что для многих становится очевидным необходимость и выгодность капиталовложений в портостроение даже на последних дефицитных участках береговой зоне Балтийского прибрежья России.

Грузооборот будущих портов и объем природоиспользования, следовательно, зависят от геополитических решений, эконом-географических условий и эксплуатационно- экологических возможностей (масштабы природоиспользования в зависимости от уровня технологических решений), целесообразность определяется альтернативными вариантами использования с учетом дифференциальной ренты при расчете народнохозяйственного экономического эффекта.

В существующих условиях 1992 года, была поставлена задача оценки возможности строительства мега-порта России в бухте Усть-Луга (по типу крупных Европейских портов) /47, 49, 50, 51, 53,/

Дня прогноза экологического состояния рассматриваемой зоны целесообразно рассматривать проблему на 3-х уровнях: концепция, модель и ОВОС.

Первый уровень ориентирован на--оценку природного фона и антропогенных полютантов, определение достоверных способов контроля идентификации измерений, что дает оценку суммарного фона и концепцию выполнения ОБОС,. создания системы мониторинга и принципов системы автоматизированного контроля.

Второй уровень объединяет модель фона и модель портовых нагрузок с определением токсичности возможных сбросов и последствий по интегральным природным индикаторам. Метеорологические и гидродинамические факторы определяют динамику процессов и трансграничный перенос.

Суммарная физико-химическая модель рассматривается в реальных условиях и определяет зоны распространения полютантов и их воздействие на окружающую среду с определением принципов мониторинга и АСКЭБ.

Для получения полной ОВОС необходим комплексный мониторинг с орг-техмероприятиями по упорядочению действующих предприятий и разработкой документации по установленным нормам и требует существенных ресурсов.

Для упорядочения работ и оптимизации расходов целесообразно использование модельной стадии ОВОС.

- 45 -

V-1. ЕСТ ЕСТ ВЕННО- ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЩУЮ СРЕДУ (ОВОС)

Для оценки экологической обстановки на месте предполагаемого строительства использован комплексный системный подход. Основная цель - получение достоверной исходной информации из обеспечивающих областей знаний, модельной оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и концепции автоматизированной системы экологической безопасности. Эта задача решена решена временным творческим коллективом по структурной схеме , разработанной автором -руководителем ВТК ( совместно с профессором Адаменко В. Е) /47/.

В основе работы лежит определение фактического экологического состояния района строительства, моделирования предполагаемых нагрузок при работе порта и сопутствующего города.

Река Лута имеет водосбор в 6350 кв. км, средний многолетний расход воды - 44,3 куб. м/с (1,4 куб. км/год). Она оказывает ^.прямое влияние на процессы, протекающие в Лужской губе.

Водная экосистема Лужской губы в течение зсего вегетационного периода продуцирует органического вещества больше, чем перерабатывает. В наибольшей мере это проявляется летом (август), когда продукция превышает деструкцию в 2-3 раза. Весной и осенью наблюдается относительная сбалансированность воспроизводства и разложения органического вещества.

Среднее годовое значение минерализации воды за последние годы практически не меняется (61,3 мг/л). Качество воды по этому показателю оценивается как "хорошее".

По показателю жесткости вода оценивается как "мягкая".

По показателю "сульфатная и магнезиальная агрессивность" во- ^ да признается неагрессивной (2,7 мг/л).

По значению рН и по цветности вода оценивается как "пригодная для питья".

По показателю ЕПК5 вода за разные годы признавалась от "умеренно загрязненной" (1979 г.) до "чистой" (1989 г.). Аналогичная картина с оценкой по процентному содержанию кислорода в воде.

На качество воды в бассейне реки Луги существенно воздействие оказывает город Луга и Кингисеппский горно-промышленный комплекс. На ПО "Фосфорит" насчитывается 185 источников выбросов. Общий объем выбросов в атмосферу составляет 39 тыс. т. в год, из них 37 тыс. т. - твердые соединения и 2 тыс. т. - жидкие'соединения. В 1Э90 г. выбросы вредных веществ составили 18,8 тыс. т. При изучении загрязняющих веществ почвенного и снежного покрова было отмечено повышенное содержание некоторых токсичных веществ. Их содержание-превышало фоновое в десятки раз. Часть из

них смывается талыми водами. В среднем сумма токсичных продуктов, попадающих в поверхностные воды, составляет 2,5 т/кв. км.

В районе нового морского порта возникнет новый город с численностью населения не менее 100 тыс. человек. Эти объекты будут дополнительно выбрасывать в Лужскую губу сточные воды, характер которых учтен в работе.

Для анализа экологической обстановки в русле реки разработаны математические модели, учитывающие полноводность и скорость потока на процесс диффузии полютантов /51, 58/. Для получения исходных данных и сопоставления с результатами расчетов использованы физико-химические методы натурных измерений. Однако, правильное использование математического аппарата и результатов замеров большого количества параметров определяет необходимость совершенствования модели "река-море" на естественно-физическом уровне.

В представленной работе предложена модель, позволяющая обобщить и совместно рассматривать формирование природного фона и его взаимодействие с антропогенно-техническими нагрузками.

Анализ географически обусловленного водосбора реки и сбросов в местах интенсивного водопользования (города, промпредприятия и сельхоз. производства) с учетом трансграничного межрайонного переноса при формировании фоновых стоков позволяет перейти к естественно-физической модели "река-море" (рис.23).

Линеаризованное русло реки и притоков позволяет эпюрами формирования стоков показать использование нейтрализующей способности реки с определением остаточного качества в устье.

Техногенные нагрузки, поступающие в определенных створах с определенным коэффициентом диффузии, нейтрализуются по длине русла реки. Однако, впадающие притоки изменяют диффузную способность, внося воду определенного качества. В рассматриваемом случае притоки не нагружены промпредприятиями, фоновые стоки в пределах нормы, что улучшает нейтрализующую способность воды в основном русле.

В устье реки остаточный сток суммируется с выбросами планируемого порта и города и окончательно формируется с учетом при-ливно-отливных характеристик, гидрологии, метеоусловий и особенностей эстуария.

Ш длине реки необходимо отметить изменение характерных интересующих показателей, в частности, изменение содержание нефти и БПК5 - биологическим потреблением кислорода.

Ксперсмщ* lyf«

CorwoUifi

4/

nCpTt,20pO£

ISO

a>

¿T *JV*

7Слшш-Jiu** « pTjßg

Ус/геВмь/е »¿oiMiv«kiwii {^MNwi^e »r«»emi/

. — - — -

'5° \ »—в f etna,

ЛенинграсЬкая J оЬяаот^

/

У, юо

К

^ -/'у««

J

KS? —

----* "и ■

..•■ "■íraiV '1 ЦоЪгородскоа i о&ласгпа Г® /'

^■vT

еуЯi --Лу—

- 47 -

7-2. ЭКСЛСГ0-ЗК0Н0ШЧЕСКШ1 ПРОГНОЗ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОРТА И СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

В настояв^е время Лужская губа является наиболее чистым местом на побережье Балтики и служит разгрузочной зоной между урбанизированной Копорской губой, включая С. -Петербург, и Эстонским промышленным берегом до Таллина включительно. Этим и определяется ее современное природно-рекреационное значение, не имеющее прямого экономического измерения. Однако, в системе "река-море" предприятия, расположенные на водосборе реки Луги, практически полностью использовали ее нейтрализующую и восстанавливающую способность: вода в Лужской губе достаточно чистая, а донные ямы засорены постепенными накоплениями антропогенных полютантов, включая Чернобыльский след.

Попытка получения в Лужекой губе доходов от транспортной работы порта с сохранением ее современного рекреационного значения требует существенных затрат в ресурсосберегающие технолог™ при строительстве и эксплуатации порта.

При этом возможны варианта-

1. До начала строительства на основе результатов предложенного исследования в его развитии составляется кадастр всех водопользователей реки Луги, устанавливаются нормы природопользования для каждого, .исходя из возможностей природы при ее совместном использовании различными предприятиями и требований нормального существования биоты. Это потребует дополнительных капиталовложений в различных отраслях (горнодобывающая, сельскохозяйственная, полеводческая и животноводческая, городская и т. п. деятельность) , но позволит нормализовать антропогенный фон и снимет результирующую ответственность с устьевого порта. При этом, требования к технологичзским системам порта будут менее жесткими, а система автоматизированное контроля экологической безопасности (АСКЭБ) будет иметь большую надежность с ориентацией на контроль конкретны:: портовых параметров по перегружаемы«; г^шествам и процессам.

2. Попытка создать порт в сверхсовременных замкнутых технологиях (т.к. нейтрализующая способность природы полностью использована другими не нормализованными водопользователями) с системой АСКЭБ, контролирующей работу порта относительно смешанного антропогенного фона, потребует существенного усложнения по идентификации измерений, количеству датчиков, с неизбежным снижением надежности и неизбежной экологс-юридической ответственностью "крайнего" в ряду природопользогателей.

Второй вариант неизбежно приведет к дополнительны;/! капита-

ловложениям и эксплуатационным расходам в качестве издержек предотвращения ЧС, однако не гарантирует, вследствие снижения надежности системы, от возможных издержек компенсации в случае

Вряд ли эффективно и возможно создать автоматизированную систему экологической безопасности за весь регион, контролируя выбросы ненормализованных природопользозателей в общем стоке и корректируя работу порта.

В работе ВТК, руководимого автором , указывается на

целесообразность снижения мощности порта прежде всего за счет устранения грузопотока нефти и сжиженных газоз, что было учтено при разработке государственного плана строительства портов на Балтике. Для переработки этих грузов предусматривается отдельный терминал в районе Приморска.

У-З. КОНЦЕПЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ПОРТА

«

Многообразие загрязнителей моря осложняет выбор методов их идентификации и организацию контроля. Стойкость загрязнителей и скорость их воздействия на окружающую среду, взаимодействие между собой (синнергизм) и действие в различной очередности определяют новые, часто более опасные, экологические последствия.

Отбор проб и последующий их лабораторный анализ является до настоящего времени основным методом исследования. Однако для установления юридически ответственного лица и предотвращения распространения засорений необходимо быстро определять источники сброса, что требует методов экспресс анализа. В сеязи с этим в зонах интенсивного природопользования необходимы методы постоянного контроля природного фона и антропо-техногенных нагрузок, что и является задачей экологического мониторинга.

Наблюдение целесообразно проводить в режиме непрерывной записи (осциллографирование) с использованием чувствительных быстродействующих датчиков, постоянная времени которых должны учитываться в дискретности записей и скорости регистрируемых процессов.

Широкое применение находят газохроматографические методы, позволяющие выявить растворенные газы, углеводороды нефтяного происхождения, однОатомные фенолы и хлорорганическне пестициды.

Для определения степени распространения загрязнителей на больших акваториях необходимо использовать аэро и космическую съемку, а- также локальные сети буев, оснащенных соответствующими датчиками;

Сигналы с датчиков подаются по радио и определяют координаты места засорения. Этот метод обеспечивает надежный контроль экс-логического состояния акваторий крупны:-: портов и нагруженных судоходных трасс.

Аэро съемка позволяет про.вести экспресс анализ в любом необорудованном месте, например, состояние воды после прохода судна с достаточно точным определением сорта масел нефтепродуктов и прочих выбросов.

Космические съемки предоставляют широкие возможности изучения морей и океанов в географическом и экологическом аспектах. Исследование глубин, рельефа дна, океанических течений, волнений, мутности вод и распространения загрязнений, движения морских льдов и т. п.

На космических снимках морских побережий вблизи впадения крупных рек, портов и других объектов хозяйствования хорошо видны загрязненные зоны с повышенной мутностью, при этом возможно изучение количественного и качественного состава загрязнителей. Спектральная отражательная способность вод находится в прямой зависимости от количества содержащихся в них взвесей, а съемки в зеленом и красном диапазонах спектра позволяют разделить изображение неорганических загрязнителей и фитопланктона с определением концентраций хлорофилла более 0,1 мг/м . Использование инфракрасных радиометров позволяет производить температурные исследования с точностью 1-2 .

Для предотвращения загрязнений в зоне действия портов и активного судоходства необходимо задачи мониторинга реализовывать в составе автоматизированных систем контроля экологической безопасности (АСК ЭЕ-) на основе разномасятабности контроля с использованием вышеназванных методов, обеспечивающих необходимой информацией региональную и Единую Государственную Систему Контроля Радиационной и Химической обстановки С ЕГАСКРХО). Экологическую безопасность необходимо ставить на уровне государственного контроля для предотвращения и снижения вероятности чрезвычайных ситуаций.

Многоуровневая система должны контролировать выбросы объектов и при превышении установленных норм регистрировать зоны поражения, регулировать работу технологического оборудования, прогнозировать возможные последствия, моделировать развитие ситуации, предлагать планы орг-техмероприятий, выполнять оповещение об опасности и т. д.

Однако мощная система контроля с большой базой данных, многоуровневой системой датчиков и программно-аппаратным обеспечением на ' автономных уровнях для своей эффективности должна опи-

раться ка интегральные биологические и конкретные фиеико-химические датчики.

, В настоящее время разрабатываются системы биомониторинга, позволяющие контролировать состояние природной среды и предупреждать об экономической опасности.

Одна из таких систем (МГУ, Биофак, система "Зколюм") основана на измерении биолюминесценции морских светящихся бактерий. Уровень тушения биолюминесценции пропорционален концентрации токсических веществ. Специальная светорегистрирующэя аппаратура позволяет измерять интенсивность свечения реагента в рбразце небольшого объема (0,2-0,5 мл) за несколько минут. При регистрации тушения свечения фиксируется уровень токсичности, в случае необходимости подключаются последующие уровни контроля для установления природы агента и системы АСК ЭБ.

Для обнаружения конкретно нефтяной пленки возможно использование датчика фирмы "Бритиш Петролиум'.'. Два кусочка специального материала соединены веществом, растворимым в нефти. Их разъединение приводит к замыканию контактов и включению систем контроля и оповещения. Установка таких датчиков в буях на акватории обеспечивает надежность первого уровня системы контроля.

Подобного рода датчики выводят системы экологической безопасности из холодного резерва и обеспечивают их эффективность и экономичность.

У-4. КАДРОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНОЕ ЭКОЛОГИИ

Интенсивный рост хозяйствования с использованием устаревших технологий приводит к чрезмерным нагрузкам на природу, ресурсы которой ограничены и необходимы во всех сферах жизни. Квоты на ресурсы природы для конкретного вида деятельности будут -реализо-вываться через нормативы по выбросам и штрафам. Оптимизация хозяйственной деятельности с учетом природопользования возможна по предложенной в работе методологии (рис.5). \.

Кадровое обеспечение проблемы в последние годы рассматривалось неоднократно с участием агтора на уровне управления высшей школой (Координационный совет Учебно-методических объединений ВШ РФ) и ка межгосударственном применительно к морскому образованию /41, 42/.

Морская практика и разумное природопользование требуют экологически образованных кадров в инженерной, эксплуатационной, естественно-научной и гуманитарной сфере знаний по схеме рис. , где ориентировочно определено соотношение инженерных и экологических знаний.

В Государственной морской академии имени адмирала С. 0. Макарова автором обоснованы экологические направления и с 1992 года осуществляется выпуск по следующим специализациям:

2401.05 - "Управление природопользованием на транспорте".

Еысокие требования к экологической безопасности на транспорте реализуются службами охраны окружающей среды портов, пароход-ств, регистров, намечается создание экологической полиции, действуют экологические инспекции.

Специалисты экологического профиля в управлении должны иметь основы экологических знаний на базе отраслевой прикладной химии, технические ресурсы отрасли, комплексный системный анализ и экономико-управленческие методы, основы экологического мониторинга.

2401. 04 - "Управление логическими операциями в ЕТС".

Транспортно-технологические системы опираются на морские порты как транспортные узлы, а эффективность доставки груза оп-•ределяется минимальными расходами при прохождении груза от отправителя до получателя с использованием различных транспортных средств.

Специалисты по логистике должны знать техническую, технологическую и коммерческую основу взаимодействующих видов транспорта на основе грузоведения, теории управления материальными и информационными потоками, транспортного права и т.д., в соответствии с международными стандартами по производству транспортных услуг (ИСО совместно с Ж) ст. 9000-9004) и ограничениями в природопользовании.

0122. 01 -"Гидрография, экология и охрана Мирового океана".

Интенсивное судоходство и рост нагрузки от береговых объектов в виде разнообразных полютантов особенно опасно в полярных областях требует регулярного экологического мониторинга на основе методов гидробиологии и геофизики с использованием теории и методологии исследований, математического моделирования взаимодействия объектов морского флота и природной среды.

Эти задачи возлагаются на Гидрографические службы, расположенные по всему побережью страны, имеющие высокий уровень организации и нуждающиеся в гидрографах-экологах.

Одновременное открытие подготовки инженеров-экологов по специальности 1410 в Шрском техническом университете позволит создать кадровое обеспечение экологических задач на юрском транспорте.

Для решения проблем природопользования в соответствии с методологией представленной работы создан "Морэкоцентр", объединивший усилия профессионалов в отдельных направлениях экологии как междисциплинарной науки.

- 52 - '

Творческие коллективы иг представителей ЕУЗовской, академической к отраслевой карта С. -Петербурга для комплексного системного решения экологических проблем выполняют следующие виды работ:

- предпроекткые экологические исследования под плакируемые объекты,

- экологическую экспертизу действующих объектов,

- по экологической криминалистике и конфлитологии,

- подготовку кадров по управлению природопользованием при судоходстве и мониторингу природной среды (экологическая инспекция).

Эти работы зключают: мониторинг природного и антропогенного фона действующих и предполагаемы:-: объектов, определение токсичности выбросов и прогноз сан-гигиенической и экологической обс-- тановки, анализ технологий, прогноз выброса веществ, оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС), определение санитарно-защитных' зон и трансграничных переносов, определение мероприятий и издержек предотвращения, прогноз издержек компенсации, определение альтернативных вариантов природопользования, разработку автоматизированных систем контроля экологической безопасности (АС-КЭБ) и технических заданий на системы объекта.

ВЫВОДЫ

1. Разработанные концептуальные положения комплексных исследований природно-промышленных транспоргно-технологических систем (ППТТС) обоснованы принципами системного подхода и междисциплинарного анализа природных техногенных и социально-экономических факторов.

2. Обобщенный подход и разработанная методология исследова-•ния ППТТС, учитывающие возможное многообразие задач оценки

воздействия на окружающую среду (ОВОС), реализованы на примерах конкретных крупных народно-хозяйственных проблем портов с разработкой технических заданий на оборудование объекта и систем контроля экологической безопасности.

3. Создание технологических транспортных процессов с учетом экологических требований может быть реализовано предложенными в работе и апробирозанными на практике методами:

- обеспечением ресурсосберегающих технологий экологически вдетого порта для крупных грузопотоков химических пылевидных грузов,

- экспертизой эколого-крим!шалис?11ческих ситуаций в промыш-леяно-транспортно-гехнодогической системе комбинат производитель - груз - порт;

- экспертизой эколого-конфликтных ситуаций по экологическим претензиям к технологии очистки корпусов судое;

- экологической оценкой возможности строительства мега-порта в обстановке существующих неупорядоченных водопользователей и определением альтернативных вариантов развития с экономических концепций управления природопользованием;

4. Широкий круг важнейших народно-хозяйственных задач, рассмотренных в работе, определяет необходимость созданного ЮРЭКО-ЦЕНТРА в соответствии с обоснованной в работе методологией и концепциями создания экологически чистых технологических процессов, сан-гигиенической аттестации, экологической экспертизе документации вновь создаваемых объектов, оценки природопользования с учетом состояния природы и антропогенных нагрузок прочих при-родопользователей, создания систем экологической безопасности.

5. Необходимость организации подготовки кадров и кадрового обеспечения задач инженерной экологии по управлению природоволь-зованием при судоходстве и мониторингу природной среды при эксплуатации объектов водного транспорта, определила важность создания экологических специализаций высшего морского образования на базе изложенной в работе методологии.

ПО ТЕМЕ ДОКЛАДА АВТОРОМ ОПУБЛИКОВАНО 59 РАБОТ, ОСНОВНЫЕ

ИЗ КОТОРЫХ СЛЕДУВДЙЕ:

1. Экспериментальное исследование гравитационной разгрузки апатитового концентрата. Труды ЛИЕТа еып. 85., 1965 г.', 0,1 п. л.

2. Расчет мопщости шнекового питателя. Труды ЛИВТа, вып. 102, 1957 г., 0,2 п. л.

3. Анализ работы и методика расчета шнекового питателя. Труды конференции "Прогрессивные конструкции конвейерных машин для насыпных грузов" ЛДНГП., Л., 1957 г., 0,25 п. л.

4. Преодоление связности сыпучих материалов с целью стабилизированной разгрузки силосов и бункеров. Труды ЛИВТа, вып. 117, 1968 г. 0,55 п. л.

5. Исследование процесса разгрузки силосных бункерных складов и его автоматизация. Материалы межотраслевой конференции "Комплексная механизация и автоматизация погрузо-разгрузочных работ на транспорте". Изд. ЛЦБТИ, л t 1958, о, 25 п. л.

6. Технология и автоматизация выгрузки пылевидных материалов из емкостей. Материалы XXIV научно-технической конференции ЛИФ-

• Та, Л. , 1S70 г. 0,1 п. д.

- O'i ~

7. Процесс разгрузки силосного склада как обеект автоматического регулирования. Труды ЖВТа, 1970 г. 0,2 п. д.

8. Динамика процесса разгрузки связного сыпучего материала из емкости. Труды ЖВТа вып. 136, 1972 г. 0,25 п. л.

9. Форма истечения связных сыпучих материалов из емкости. Труды ЖВТа вып. 141, 1973 г. 0,45 п. л.

10. Сопротивление сдвигу в сыпучей среде и его изменение при фильтрации воздуха Труды ЛИВТа вып. 149, 1974 г. 0,4 п. л.

11. Устройство для предотвращения выноса пыли из разгрузочной галереи. Авторское свид. N 401617.

12. Высокопроизводительная перегрузка сыпучих грузов и охрана окружающей среда Труды ЖВТа 1974 г. 0,15 п. л.

13. Система обеспыливания при выгрузке апатитового концентрата из вагонов в Шдвежьегорском порту. "Передовой цроизводст-венный опыт" (ЦБНТИ МРФ, ВДНХ СССР) "Транспорт" 0,3 п. Л. _

14. Формы и производительность истечения сыпучих средств. Труды ЛИВТа вып. 155 1976 г. 0,5 п. л.

15. Стабилизация подачи груза из силосного склада в транспортный процесс. Труды ЛИВТа, вып. 155, 1976 г. 0,3 п.л.

16. Саморазгружающееся судно. Авт. свид. N 613952, 1978 г.

17. Устройство для предотвращения выноса пыли из разгрузочной галереи. Авт. свид. N 652071, 1978 г.

18. Судно. Авт. свид. N 637295, 1978 г.

. 19. Устройство для измерения уровня сыпучих грузов. Авт. свид. N 699338, 1979 г.

20. Перегружающее устройство. Авт. сзид. N 785126, 1980-г.

21. Устройство для загрузки емкостей сыпучими материалами. Авт. свид. N 889579, 1981 г.

22. Экспериментальное исследование процесса разгрузки апатитового концентрата из емкостей. Труды'ЛИВТа, 1964 г. 0,5 п. л.

23-37. Отчеты НИР: Свойства груза, Узлы разгрузки складов, бункеров. Создание системы автоматизации разгрузки, обеспыливания разгрузки вагонов, погрузки судов. Технические свойства комплексной механизации грузовых работ и охраны окружающей среды. ЛИВТ, 1968-78 г. (руководство работой).

38. Технология и автоматизация процесса разгрузки силосных складов для апатитового концентрата. Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к. т. н. ЛИВТ. 1971 г. » ~

39. Акт внедрения научно-исследовательской работы по теме (заданию): "Провести научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию механизированного комплекса погрузки судов в порту Медвежьегорск". Тема N V1-2-2 плана ММФ (Разработка и внедрение систем: обеспыливания разгрузки вагонов, системы

автоматизации разгруэов бункеров и силосов с целью устранения человека из мест повышенной запыленности, повышения эксплуатационной производительности, охрана труда и окружающей среды). Подписано нач. порта Солодянниковым Г7Н7 21.12.1977 г.

40. Заключение санитарно-гигиенического обследования апатитового перегрузочного комплекса Медвежьегорского порта. Подписано Главным государственным врачом Северо-Западного бассейна В. М. Козодой 27. 06.78. N 476.

41. Подготовка кадров морского торгового флота. Семинар ЮНК-ТАД/ЭКЛАК/ЛАЭС/СССР г.Л-д, 1987 г. (Доклад 0,5 п.л.)

42. Подготовка кадров порта. Семинар ЮНКТАД/ЭКЛАК/ЛАЭС/СССР/ г. Л-д 0.5 п. л.

43. Экологическая аттестация портовых транспортно-технологи-ческих систем пылевидных грузов (0,3 п. л.) Международная конференция СССР-США "Экологические проблемы портов" Ленинград 1987 г.

44. Природно-промышленные системы и технико-ёкологические проблемы судоходства (0.4 п.д.) Всесоюзное совещение: "Рациональное природопользование и охрана природных комплексов островов и береговой зоны арктических морей". ААНИИ, Ленинград, 1984 г.

45. Экологический паспорт порта (0,3 п. л.) Международный семинар по экологическим проблемам Балтийского моря. Выборг,1988 г.

46. Конспект лекций "Экологические проблемы морского транспорта" (1 п.л.) Курс для магистров Титоградского Университета. СФРЮ, г. Котор, 1991 г.

47. Экспресс анализ предпроектной оценки воздействия на окружающую среду при строительстве порта в Усть-Луге, С. -Петербург, ГМА, 1992 г. (рук. темы) 158 стр.

48. Инженерно-экологическая экспертиза технологии обработки корпусов судов (рук.темы) С.-Петербург, ГМА 1992 г. 55 стр.

49. "Технология перегрузочных процессов и экологические проблемы портов" (0,5 п. д.). 10-й интернациональный портовый Конгресс, Антверпен, 1992 г.

50. Особенности экологической аттестации объектов перспективного строительства в зоне действия радионуклидных полютантов (тезисы). Обнинский симпозиум ХУ Менделееевского съезда "Радиоэкологические проблемы". Обнинск, 1993 г.

51. Экологические проблемы строительства нового порта в Усть-Луге. Доклад (0,3 п. л.) ХУ Менделеевский съезд. Минск, 1993 г.

52. Физико-химические методы оценки и экологического прогноза формирования качества воды в системе река-море. ХУ Менделеевский съезд (0,3 п.л.) Минск, 1993 г.

53. Химические и экологические аспекты использования куперш-лака в технологии обработки корпусов судов. ХУ Менделеевский съ-