6.5 Основні принципи побудови регіональної системи управління екологічною безпекою

Загальна ієрархічна структура регіональної системи управління екологічною безпекою визначається на основі закономірностей і особливостей управління. Вона включає підсистеми, елементи управління й управлінські рішення. Основними принципами побудови такої системи управління є наступні положення:

– кожному регіону притаманна індивідуальна система управління стосовно до його профілізації;

– підсистеми управління задаються значимими для регіону видами небезпеки;

– елементи управління визначаються з урахуванням особливостей територіальної і часової структуризації небезпеки і специфіки її джерел;

– теоретичним базисом управлінських рішень є закономірності управління безпекою;

– практична реалізація управлінських рішень забезпечується впровадженням розроблених технічних засобів і практичних заходів;

– система управління повинна мати у своєму складі заходи щодо забезпечення надійності її функціонування.

6.6. Комплексна ієрархічна система техніко-технологічного управління екологічною безпекою на регіональному рівні

Приведені вище принципи, а також результати моніторингу формування екологічної небезпеки і її проявів, являють собою базис для побудови комплексної ієрархічної системи управління екологічною безпекою в регіоні. Звичайно, залежно від профілізації регіону стосовно екологічної небезпеки, така система буде мати свою характерну для регіону структуру.

Для визначеності розглянемо конкретний регіон – територіально-виробничий комплекс Середнього Придніпров’я (ТВК СП). Система управління екологічною безпекою наведена на рис. 6.3.

6.6.1. Управління екологічною безпекою стосовно видів техногенної небезпеки, що формується хімічними та ландшафтотрансформуючими чинниками

Управління в рамках підсистеми, яка розглядається, здійснюється в двох напрямках, що забезпечують: 1) попередження (істотне обмеження) негативного впливу на навколишнє середовище на основі зниження інтенсивності процесів, що формують екологічну небезпеку; 2) ослаблення наслідків прояву небезпеки. Зазначені напрямки визначають, відповідно, головні елементи управління (рис. 6.3).

Запобігання (обмеження) негативного впливу на довкілля

Зважаючи на те, що серед чинників екологічної небезпеки у більшості регіонів одне з домінуючих положень займають відходи, в основу відповідного управлінського рішення (№ 1 на рис. 6.3) повинна бути покладена їх утилізація з одержанням продукції цільового призначення. Основну увагу необхідно приділяти сумісній переробці відходів різних господарських комплексів. Теоретичним базисом управлінського рішення є встановлена закономірність управління, що полягає в забезпеченні прийнятної просторової структуризації екологічної небезпеки.

Управлінські технічні рішення зі зниження впливу відходів різних господарських комплексів на стан екологічної безпеки.

У господарському комплексі машинобудування і металообробки переважаючими за обсягами утворення є наступні тверді відходи:

• металургійні шлаки (МШ);

• відпрацьована формувальна і стрижнева суміш (ВФСС);

• пил і шлами пилегазоочистки печей і ливарних ділянок (ШПО);

• відпрацьована футерівка термічних агрегатів (ВФ).

П і д с и с т е м и у п р а в л і н н я

Г о л о в н і е л е м е н т и у п р а в л і н н я

П е р ш о о ч е р г о в і у п р а в л і н с ь к і т е х н і ч н і р і ш е н н я

Рисунок 6.3. Комплексна ієрархічна система техніко-технологічного управління екологічною безпекою в регіоні.

Реалізація способів, що обмежують надходження в навколишнє природне середовище зазначених відходів, дозволяє вирішити наступні задачі управління екологічною безпекою:

- зниження рівня екологічної небезпеки, сформованої хімічними чинниками і чинниками трансформації ландшафтів, внаслідок скорочення обсягів, а, отже, і площ їх складування;

• зменшення рівня техногенної небезпеки в регіонах, які є природною сировинною базою для окремих виробництв за рахунок використання в технологічних процесах вторинних ресурсів, одержуваних з них.

З урахуванням хімічного складу, фізико-механічних властивостей різних видів твердих відходів аналізуємого господарського комплексу доцільно розглядати наступні технічні рішення:

- одержання активних добавок до бетонних сумішей;

- використання як неорганічних барвників в процесі виготовлення керамічних виробів і оздоблювальних цементно-бетонних розчинів;

- застосування для нейтралізації стічних вод травильного виробництва;

- використання в асфальтобетонних виробах.

Обґрунтування можливостей реалізації зазначених технічних рішень та технологічні схеми переробки даних відходів разом з відходами інших виробництв [6] наведено у п.7.5.1 розділу 7 підручника.

Значна кількість відходів металургійних виробництв вивозиться у місця складування (на звалища). Різні види відходів, які відрізняються хімічним складом і фізико-механічними властивостями, складуються хаотично, і відокремити кожний з них для відповідної переробки вкрай складно. Має сенс розглянути можливості вилучення ресурсно цінного компоненту – металевих включень. Наприклад, на конкретному техногенному об’єкті - Кременчуцькому сталеливарному заводі (СЛЗ) [7] за час функціонування підприємства на звалища вивезено близько 4,5 млн. т відходів. У теперішній час на звалищі введений у дію комплекс з механічної обробки відходів із застосуванням магнітного поля для вилучення металовключень [6]. Установка дозволяє переробляти до 0,6 млн. т відходів на рік. Кількість металу, що вилучається при цьому, становить 30 тис. т на рік, що покриває нинішні потреби СЛЗ у сировині на 90 %. У цьому випадку має місце дистанційне зниження рівня екологічної небезпеки: зменшення його в місцях видобутку і переробки природних сировинних ресурсів внаслідок заміни визначеної їх кількості вторинними техногенними сировинними ресурсами.

На підставі зазначеного вище необхідно розглянути напрямки регулювання рівня екологічної небезпеки за рахунок переробки рідких відходів, що утворюються, у комплексі машинобудування і металообробки. Основними видами таких відходів є:

• відпрацьовані гальванічні розчини (ВГР). Вони містять іони важких металів (ІВМ) - хрому, міді, цинку, нікелю, кадмію й ін.;

- розчини обробки поверхонь чорних металів і сплавів мінеральними кислотами – відпрацьовані травильні розчини (ВТР), до складу яких входять водорозчинні солі і непрореаговані кислоти;

• розчини відпрацьованих мастильно-охолоджувальних рідин (ВМОР), що утворюються в процесах обробки металів різанням, шліфуванням, фрезеруванням і т.і. ВМОР містять мастила і спеціальні добавки;

- відпрацьовані розчини від промивання деталей методами знежирення (ВРП). У них присутні емульговані частки мастильних матеріалів, а також поверхнево-активні речовини (ПАВ).

ВГР і ВТР розділяються на: а) концентровані розчини, що утворюються безпосередньо в процесах травління і нанесення гальванічних покрить, б) стічні води відповідних підрозділів підприємств. Вони розрізняються не тільки обсягами утворення, але й концентраціями забруднювачів у них. Так, вміст ІВМ у концентрованих розчинах у 3-5 разів вищий, ніж у стічних водах [8]. Методи нейтралізації, переробки й утилізації зазначених різновидів відходів відрізняються і, з цієї причини, вони розглядаються окремо.

Відпрацьовані нейтралізовані розчини, що містять 220-280 мг/дм³ сульфату заліза, можуть бути введені до складу сорбенту як компонент з вираженою коагуляційною здатністю [9]. Це надає сорбенту селективних властивостей. Дані [10] щодо поглинання забруднень зі стічних вод при використанні сорбентів, виготовлених з відходів, наведені в табл. 6.1. Відпрацьовані сорбенти з поглиненими нафтопродуктами можна [11] використовувати як компоненти для одержання паливних брикетів.

Таблиця 6.1 - Характеристика ефективності поглинання забруднень зі стічних вод сорбентами з відходів виробництва

Найменування стічних вод	Поглинаюча здатність сорбентів
	мг-екв/г сорбенту			мг забр./г сорбенту
	хром	нікель	залізо III	нафто-продукти	мастила з ВМОР
ОГР	1,4	1,9	2,2	-	-
ОТР	-	-	4,6	-	-
ВМОР	-	-	-	400	420
ОРП	-	-	-	620	200

Існує наступний спосіб переробки концентрованих ОТР. Непрореаговані кислоти ВТР нейтралізуються тонкомолотою фракцією МШ. Цей процес, в основному, відбувається за рахунок взаємодії оксиду кальцію з кислотою. Гіпс, що випадає в осад, виводиться з ОТР. Для переробки сульфату заліза застосовується гідроксид амонію:

Fe₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH  2Fe(OH)_3 + 3(NH₄)₂SO₄ (6.1)

З гідроксиду заліза одержують Fe₂O₃, що використовується як барвник. Крім зазначеного раніше застосування сульфату амонію як азотною добрива, можливий і інший шлях утилізації зазначеного розчину. Для цього останній обробляють суспензією гідроксиду кальцію за наступною реакцією:

(NH₄)₂SO₄ + Ca(OH)₂  CaSO₄ + 2NH₃  + 2H₂О (6.2)

Сульфат кальцію, що випав в осад, використовується як гіпсовміщуючий компонент. Таким чином, реалізується процес маловідходної технології утилізації ВТР. Причому, на відміну від традиційного процесу, тут залізооксидний пігмент утворюється відразу ж на першій стадії процесу. Реалізація вказаної схеми переробки ВТР дозволяє одержувати щорічно 500-600 т залізооксидного пігменту і 800 т гіпсового в'яжучого. При цьому практично цілком виключається видалення у відвал шламів.

Шлами, що утворюються в результаті обробки стічних вод гальванічних та травильних цехів, можуть бути використані при приготуванні вяжучих компонентів бетонних виробів. Технологічні аспекти цього процесу викладені у п.7.5.1 розділу 7 підручника.

У нафтопереробному і нафтотранспортному комплексах управління екологічною безпекою шляхом зниження накопичення відходів здійснюється у такий спосіб.

Відпрацьовані розчини процесів алкілування (що містять, зокрема, від 60 до 80% сірчаної кислоти), кубові залишки виробництва алкілбензолів і синтетичних ефірних спиртів застосовують [6] для одержання технічних миючих засобів, основою яких є поверхнево-активні речовини (ПАР). Найбільш поширені ПАР сульфонатного типу, які одержують при взаємодії сірчаної кислоти з алкілароматичними вуглеводнями, де алкільний замісник (R) включає від 10 до 20 атомів вуглецю.

Ще одним видом органічних речовин, з якими реагує сірчана кислота, є спирти. Реакція між цими сполуками може бути представлена рівнянням:

R – C₆H₄ – CH – CH₃ + H₂SO₄  R - C₆H₃ – CH(OH)CH₃ + H₂O. (6.3)

 

OH SO₃Н

Вода, що виділяється в процесі, істотно зменшує реакційну здатність сірчаної кислоти. Тому, у реакційну масу доцільно додавати водовіднімаючі засоби, в якості яких можна використовувати сульфат кальцію (CaSO₄).

Для одержання ПАВ різного типу сульфокислоти нейтралізують гідроксидом натрію:

RC₆H₄SO₃H+NaOH  RC₆H₄SO₃Na+H₂O, (6.4)

R – C₆ H₃ – CH(OH) – СН₃ + NaOH  R – C₆H₃ – CH(OH) – CH₃ + H₂O (6.5)

 

SO₃Н SO₃Na

Натрієві солі сульфокислот, отримані за реакціями (6.3, 6.4), є поверхнево-активними речовинами. Процес одержання ПАР полягає в наступному. Відпрацьований розчин алкілування обробляють безводним сульфатом кальцію; осад гіпсу, що утворився, відокремлюють від рідкої фази. У результаті концентрація сірчаної кислоти зростає до 92-96%. Цей розчин змішують з кубовими залишками. Вищеописаним способом одержують ПАР, здатні розчинятися як у воді, так і в олії. Цю властивість застосовують для очищення ємностей від нафтових відкладень.

Відпрацьований каталізатор процесу алкілування, який містить хлорид алюмінію, використовують як компонент алюмофосфатного в’яжучого при виробництві вогнетривких футерівок. При цьому застосовуються також розчини від лужного очищення виливків (відходи комплексу машинобудування і металообробки), до складу яких входять гідроксид і гідрокарбонат натрію. Процеси відбуваються при кімнатній температурі протягом 5 годин. Споживачем одержуваної продукції є підприємства комплексу машинобудування і металообробки.

Нафтові відкладення, що утворюються при транспортуванні нафти в магістральних нафтопроводах і зберіганні її в резервуарах, разом з відходами різних виробництв, використовуються для одержання бітумів, гідроізоляційних та покрівельних матеріалів, асфальтобетону, котельного палива, антикорозійної мастики [12]. Технологічні аспекти процесів одержання вказаних продуктів наведені в п.7.5.2 розділу 7 підручника.

Відпрацьовані мастильні матеріали (ВММ) разом з іншими відходами можуть застосовуватися для одержання продуктів, які близькі за своїми властивостями до мазутів, антикорозійних мастильних матеріалів, ізоляційних гідрофобних покрить. Технологічні особливості процесів переробки відходів наведені у п.7.5.2 розділу 7 підручника.

Окремо необхідно розглянути можливості застосування відходів гірничодобувного і теплоенергетичного комплексів. Пилові частки розміром порядку 20 мкм мають слабкі в'яжучі властивості, які помітно покращуються в присутності лужних активаторів. Останніми можуть слугувати шлами водопідготовки ТЕЦ. Технологічні аспекти отримання гідравлічного вяжучого матеріалу із застосуванням указаних відходів наведені у п. 7.5.3 розділу 7 підручника.

Пилоподібні відходи застосовуються для очищення емальованих, порцелянових і фаянсових поверхонь від забруднень [13]. Композиції, що чистять, мають наступний склад (мас.%): 12 кальцинованої соди, 23 синтетичні миючи засоби, інше – пилоподібні відходи. Вони практично не ушкоджують поверхні, які очищаються, ефективно видаляють різні нальоти з поверхонь не тільки за рахунок механічного впливу порошку, але й нейтралізують жирові забруднення. Ефективність очищення відповідає вимогам, які висуваються до ліцензійних чистячих та мийних засобів.

Одним з дієвих елементів управління екологічною безпекою є реалізація регіональної програми поводження з відходами споживання. Основними її задачами є: виконання вимог законодавства України про відходи; організація роздільного збору ресурсноцінних матеріалів; скорочення обсягу відходів, що вивозяться на звалище, за рахунок їх утилізації на основі вже наявної в регіоні перероблюючої бази і створення нових потужностей; стимулювання суб'єктів господарської діяльності, що здійснюють роботи в сфері поводження з відходами; ліквідація стихійних звалищ безхозних відходів; навчання і виховання населення з питань екологічної безпеки.

Для цілей практичної реалізації зазначеної програми слугує концепція структурування сучасної відходопереробної галузі в регіоні, яка включає систему безпечного поводження з відходами шляхом реалізації наступних напрямків:

- плановий збір відходів з домашнього господарства, промисловості, сфери торгівлі і послуг;

- переробка матеріалів, що піддаються вторинному використанню;

- нейтральне стосовно довкілля збереження залишкових відходів.

У концепції також присутні елементи управління щодо зниження рівня екологічної небезпеки соціогенного класу, до яких належать:

- формування раціональної психології поводження споживачів при придбанні товару (покупка повинна давати меншу кількість відходів і не завдавати шкоди навколишньому середовищу);

- реструктуризація спектру пропозицій торгівлі і підприємств відповідно до критеріїв природозбереження (товари тривалого використання повинні бути нешкідливі для навколишнього середовища);

- розвиток системи екологічної освіти і виховання, а також підготовка і перепідготовка (підвищення кваліфікації) фахівців і консультантів відходопереробного господарства.

Одним з ефективних технічних рішень з управління екологічною безпекою можна розглядати комплексне залучення відходів різних господарських комплексів у процеси одержання сорбентів. У п.7.5.4 розділу 7 підручника розглянуто технологічні аспекти використання відходів деревообробного, агропромислового, машинобудівного, металообробного господарства.

Практичний інтерес представляє комплексне двостадійне використання сорбентів для поглинання шкідливих речовин спочатку з газової фази, потім - зі стічних вод. Так, отриманий з відходів сорбент на першій стадії може бути застосований для: очищення газових викидів котельних установок малої потужності, що працюють паливі з високим вмістом сірки; для поглинання вуглеводнів і сірковміщуючих газів з вихлопів двигунів внутрішнього згоряння (експлуатованих у стаціонарних умовах); сорбції вуглеводнів і сірковміщуючих газів від установок гідроочищення нафтопродуктів [14]. Результати «роботи сорбентів» наведені в табл.6.2 (для порівняння взято активоване вугілля марки БАУ).

Таблиця 6.2 – Поглинаюча здатність сорбентів для газоподібних забруднювачів, г/кг сорбенту

Вид викидів, що піддаються очищенню	Варіанти сорбентів
	ГЛ	ОТ	СЛ	СС	БАУ
Від двигунів внутрішнього згоряння (стаціонарні умови)	58	73	80	77	59
Від котельної установки	51	69	73	72	38
Від установки гідроочистки	69	73	70	66	63

Примітка: 1) варіанти сорбентів поіменовані за видом відходів рослинної сировини, що входить до їх складу: ГЛ – гідролізний лігнін, ОТ – осикова тирса, СЛ – соняшникова лузга, СП – стебла соняшника; 2) зазначене сумарне поглинання вуглеводнів і оксидів сірки.

Сорбенти на другій стадії (після поглинання газоподібних забруднювачів) використовуються для вилучення іонів важких металів (ІВМ) зі стічних вод гальванічного виробництва і поглинання органічної частини ВМОР. Сорбційні характеристики наведені в табл. 6.3. Поглинаюча здатність сорбентів, які були попередньо застосовані для очищення газових викидів, вища для ІВМ на 15-25%, а для ВМОР – на 30-40%, ніж при використанні сорбентів, які попередньо не застосовувались для очищення газових викидів. При цьому сорбційні властивості пропонованих сорбієнтів більш виражені, ніж у стандартного активованого вугілля (БАУ).

Таблиця 6.3 – Порівняльна поглинаюча здатність сорбентів, г/кг сорбенту

Речовина, що поглинається	Варіанти сорбентів
	ГЛ	ОТ	СЛ	СС		БАУ
Сорбент, який попередньо був застосований для очищення газових викидів
Іони важких металів: хром (VI) нікель (II) цинк (II) залізо (III)	76	83	79	73		33
	60	71	80	66		24
	83	86	64	81		30
	93	89	83	87		41
Органічна частина ВМОР	153	183	166	170		120
Сорбент, який не був попередньо застосований для очищення газових викидів
Іони важких металів: хром (VI) нікель (II) цинк (II) залізо (III)	44	39	50	49		33
	51	41	39	38		24
	48	52	44	50		30
	53	39	50	61		41
Органічна частина ВМОР	103	115	98	109		120

Примітка: варіанти сорбентів відповідають таким у табл. 6.4.

Розбіжності в сорбційній ємності вказаних сорбентів, пов'язане з тим, що присутні в газах вуглеводні викликають часткову гідрофобізацію сорбенту. При цьому водорозчинні компоненти (залишки лужного реагенту в складі сорбенту) у меншій мірі надходять у воду, їх основна частина залишається в порах і зернах сорбенту. Сорбовані з газів вуглеводні перешкоджають насиченню поглинача водою, що збільшує ємність сорбенту за органічними речовинами. Отже, збереження від вимивання лужних компонентів сорбентів помітно підвищує хемосорбцію ІВМ зі стічних вод, а зменшення водопоглинання сорбенту - призводить до підвищення ступеня поглинання нафтопродуктів з органічної частини ВМОР.

Оскільки відпрацьований сорбент містить значну кількість вигоряючих речовин, його можна використовувати як добавку при виробництві керамічної цегли. При цьому витрата енергії на випал зменшується на 3-5% і одночасно збільшується міцність цегли на стиск на 2-3 МПа за рахунок утворення плавнів і поліпшення спікання керамічної маси [6].

Таким чином, в результаті реалізації розглянутого управлінського рішення (№ 1 на рис. 6.3) у конкретному регіоні може бути досягнуто:

– зниження рівня техногенної небезпеки на 10-12%, сформованої хімічними чинниками, за рахунок попередження проникнення шкідливих речовин, що містяться у відходах, у ґрунт, підземні водоносні горизонти, поверхневі водойми;

– зменшення на 5-7% рівня небезпеки, сформованої чинниками трансформації ландшафтів, внаслідок повернення в господарське використання територій, які відводяться під складування відходів;

– ослаблення дистанційних проявів небезпеки в регіонах, де сконцентровані природні сировинні ресурси, за рахунок зменшення обсягів їх видобутку. Це досягається шляхом вилучення з відходів ресурсноцінних компонентів і створення бази вторинних сировинних ресурсів.

Ослаблення наслідків прояву екологічної небезпеки

Способи ослаблення найбільш значимих для регіонів наслідків прояву екологічної небезпеки визначають другий елемент управління підсистеми 1, який реалізується технічними рішеннями 2 - 4 (рис. 6.3).

Ліквідація локального нафтового забруднення ґрунтів і водойм.

Для індустріально розвинених регіонів проблема ліквідації нафтових забруднень набуває вагомої актуальності. Особливо це важливо для регіонів, де сконцентровані нафтопереробні і нафтотранспортні об'єкти, а також значна кількість споживачів вуглеводневих продуктів. Теоретичним базисом відповідного управлінського рішення (№ 2 на рис. 6.3) є закономірність управління, яка полягає в забезпеченні прийнятної просторової структуризації екологічної небезпеки.

Одним з найбільш ефективних способів очищення ґрунтів і водойм від нафти і нафтопродуктів є застосування біодеструкторів. Специфічні мікроорганізми і ферменти здатні руйнувати вуглеводневі сполуки до достатньо нешкідливих речовин. Швидкість очищення ґрунтів від забруднень залежно від їх концентрації й інших параметрів можливо прогнозувати шляхом створення відповідних моделей.

Процеси утилізації нафтопродуктів за допомогою біодеструкторів відбуваються завдяки ферментативному каталізу. Швидкість такої реакції V, яка обумовлена кількістю продуктів реакції в одиницю часу, досягне максимального значення Vm, коли вся наявна кількість ферменту виявиться зв'язаною у вигляді фермент-субстратного комплексу. Відповідно до [15]:

, (6.6)

де K_m – субстратна константа; [S] – концентрація субстрату. K_m – така концентрація субстрату, при якій швидкість його поглинання досягає половини максимального значення.

При незначних початкових концентраціях молекули субстрату повністю розміщаються на активних центрах молекул ферменту, тоді швидкість реакції прямо пропорційна величині [S]. При подальшому збільшенні [S] настає момент, коли всі активні центри ферменту зайняті і наступне зростання концентрації субстрату вже не викликає зміни концентрації фермент-субстратного комплексу, тобто швидкості реакції. При цих умовах швидкість ферментативної реакції досягає максимального значення.

При біологічному очищенні ґрунтів від забруднень гальмування окислювання органічних речовин може здійснюватися саме субстратом (субстратне інгібування). Воно найчастіше спостерігається при високих концентраціях забруднення в ґрунті. Причиною гальмування ферментативних реакцій у цьому випадку є взаємодія проміжних сполук ще з однією молекулою субстрату (чи декількома). У результаті такої взаємодії утворюється неактивна сполука, тобто комплекс, який не дає кінцевих продуктів реакції. Кінетичне рівняння для субстратного інгібування має вигляд [16]:

, (6.7)

де  - коефіцієнт інгібування. Значення цього коефіцієнта визначає механізм очищення ґрунтів. Так, при =1 відбувається неконкурентне гальмування швидкості очищення, при >1 має місце конкурентне гальмування поглинання забруднень і при досить високих значеннях коефіцієнта  (при ∞) гальмування не відбувається. Розрахунки показують, що впливом гальмування можна зневажити при величині  більш 100.

Величини K_m, V_m,  є параметрами моделі. Нижче наведена методика їх визначення.

Зручно розглядати величину, зворотну V. При цьому вираз (6.7) набуває вигляду:

. (6.8)

Аналіз функції 1/V = f(1/[S]) показує, що при досить великих значеннях аргументу вона (рис. 6.4) наближається до асимптоти, яка перетинає вісь ординат у точці 1/V_m, а вісь абсцис - у точці 1/К_m, що дає можливість визначити значення параметрів V_m і К_m.

Асимптота функції 1/V = £([S]) (при [S]) перетинає вісь абсцис у точці [S]= - К_m і при [S]=0 приймає значення 1/V_m. Знаючи значення К_m, за допомогою графіка (рис. 6.5) можна визначити параметр . Слід зазначити, що асимптоти в обох випадках (рис. 6.4, 6.5) перетинають вісь ординат при одному і тому самому значенні. Це, як показано нижче, є важливою обставиною при проведенні експериментальних досліджень.

Розглянемо, як приклад, конкретне застосування наведеної моделі на ґрунтах, забруднених низькосірчистими нафтами українських родовищ. Експеримент складався з кількох серій, у кожній з яких на постійному рівні підтримували рН, початкову концентрацію забруднень, дозу біодеструктора, вологість ґрунтів і змінювали тривалість очищення. Дослідження проводилися при різних початкових концентраціях забруднювачів.

Рисунок 6.4 – Теоретична залежність зворотної швидкості окислювання від зворотної концентрації субстрату

Рисунок 6.5 – Теоретична залежність зворотної швидкості окислювання від концентрації субстрату

Величина питомої швидкості окислювання забруднень визначається за формулою:

V = (S_нач - S_кон)/Xt, (6.9)

де S_нач, S_кон – початкова і кінцева концентрація забруднень у ґрунті відповідно, мг/кг;

Х – доза біодеструктора, г/кг;

t – тривалість циклу очищення, годин.

На рис. 6.6 і 6.7, зокрема, представлені результати при початковій концентрації забруднень 10 г/кг. Відповідні теоретичні (рис. 6.4, 6.5) та експериментальні (рис. 6.6, 6.7) залежності якісно подібні.

Хід кривої на рис. 6.6 дозволяє досить впевнено провести асимптоту і, зазначеним вище способом, визначити значення параметрів моделі: V_m=1,82 мг/м·год і K_m=5000 мг/кг.

Рисунок 6.6 – Експериментальна залежність зворотної швидкості окислювання від зворотної концентрації субстрату

Проведення асимптоти на залежності 1/V = £ [S] викликає деякі труднощі через незначну кількість експериментальних точок при великих значеннях [S]. Ці труднощі усуваються врахуванням відзначених вище обставин, які полягають в тім, що асимптота повинна перетинати вісь ординат у точці 1/V_m. Це дає можливість визначити значення  (у даному випадку воно дорівнює 1,34).

Рисунок 6.7 - Експериментальна залежність зворотної швидкості окислювання від концентрації субстрату

Таким чином, розглянута модель дає можливість прогнозувати тривалість процесу очищення ґрунтів при різних ступенях їх забруднення, регулювати дози біодеструкторів, а також визначати шляхи інтенсифікації цього процесу.

Для очищення забруднених нафтою і нафтопродуктами ґрунтів і водойм застосовуються різні види біодеструкторів, наприклад, вітчизняні («Еконадін» і «Консорціум мікроорганізмів»), закордонні (російські - центрин, Uni-Rem, олевірин, нафтокс, валентис, препарат Інституту біохімії і фізіології рослин; США - Fyre Zyme). За такими властивостями, як температурний діапазон активності, гідрофобність, витрата на одиницю оброблюваної площі і т.і., досить ефективними є вітчизняні препарати. Найбільш високим ступенем деструкції для карт, заповнених водно-нафтовими суспензіями, володіє «Еконадін» (рис. 6.8). Оптимальною є доза 80100 г/м², при цьому ефективність очищення 70-90% досягається протягом 36- 40 діб.

Рисунок 6.8 - Залежності площі (S) деструкції нафтошламів від часу (t) при застосуванні різних біодеструкторів:

- «Еконадін», - «Консорціум мікроорганізмів». Внесена доза

біодеструкторів (г/м²): 50 (криві 1 і 3); 100 (криві 2 і 4)

У процесі утилізації забруднень, як відзначалося вище, утворюються продукти метаболізму бактеріальної маси, що призводить до гальмування очищення ґрунтів. Уповільнення швидкості поглинання забруднень також спостерігається на початковому етапі процесу внаслідок високої концентрації сполук, що містять вуглеводні. У силу викладеного застосовується два способи здійснення процесу очищення ґрунтів.

Перший спосіб полягає у проведенні одноразової обробки ґрунтів препаратом з витратою, яка залежить від початкового вмісту в них нафти. Ефективність очищення не перевищує 85,3% при її тривалості 30 діб. У деяких випадках спостерігається гальмування швидкості очищення. При зниженні початкової концентрації забруднюючих речовин у ґрунті з 90 до 50 г/кг відбувається помітне збільшення швидкості утилізації забруднень.

Інший спосіб обробки ґрунтів здійснюється ступнево з додатковим внесенням препарату через визначений час. Оптимальним є інтервал 12 діб. При кожному наступному внесенні біодеструктора дозу його зменшують залежно від початкової концентрації нафтопродуктів. При цьому відбувається розпушення ґрунтів (для поліпшення газообміну в процесі біологічної деструкції забруднень) і регулювання вмісту в них вуглецю, азоту і фосфору. У цьому випадку загальна ефективність очищення складає 99,5%, що дозволяє довести вміст залишкових забруднень у ґрунті до значень нижче гранично-допустимих концентрацій. Загальна тривалість очищення складає 60-65 діб.

Другий з розглянутих способів може бути реалізований як захід оперативного реагування на прояви екологічної небезпеки, що виникають при аварійних розливах нафти і продуктів її переробки.

Таким чином, у результаті реалізації розглянутого управлінського рішення може бути суттєво знижений рівень екологічної небезпеки від нафтового забруднення ґрунтів, зведена до мінімуму імовірність проникнення забруднювачів у водоносні горизонти, що використовуються населенням для побутових і господарських потреб.

Управлінські практичні рішення з підвищенню рівня екологічної безпеки в штучно створених об'єктах гідросфери.

Теоретичним базисом відповідного управлінського рішення (№ 3 на рис. 6.3) є наступна закономірність управління – забезпечення прийнятної просторової структуризації екологічної небезпеки.

Основними напрямками управління екологічною безпекою в штучно створених об’єктах гідросфери (насамперед, водосховища Дніпровського каскаду) є наступні положення [17]:

– здійснення систематичного хімічного і біологічного моніторингу вод і донних відкладень. Епізодичні дослідження (в основному, в екстремальні і постекстремальні періоди), які проводяться в теперішній час на окремих ділянках акваторій водоймищ, не дають можливість повною мірою скласти картину формування екологічної небезпеки;

– обґрунтоване регулювання скиду вод з водосховища, забезпечення сталості цього режиму в періоди екстремальних метеорологічних умов. Це дозволяє запобігти утворенню в придонних прошарках завихрень (турбулентність потоків), здатних «витягати» з донних відкладень забруднювачі і, тим самим, сприяти різкому підвищенню концентрацій шкідливих речовин у воді;

– реалізація біологічного методу зниження інтенсивності розвитку ціанобактерій, зокрема, заселення акваторій водосховищ мальками товстолобика і судака. Останні використовують у своєму харчуванні, зокрема, ціанобактерії, що сприяє відновленню стану екосистеми. За рахунок зниження кількості водної рослинності і її відмерлої частини знизяться концентрації шкідливих речовин у воді.

Для попередження впливу на населення проявів екологічної небезпеки, викликаних різким сезонним погіршенням якості природних вод у водоймищах з урахуванням реальних режимів роботи водоочисних систем в регіонах доцільно реалізовувати наступні напрямки забезпечення екологічної безпеки:

– використання для попереднього очищення природних вод (з метою інтенсифікації процесів самоочищення) волокнистих насадок типу «ВІЯ» з розвиненою поверхнею для іммобілізації гідробіонтів-очисників [18];

– проведення додаткової аерації природних вод безпосередньо на водозаборі;

– обробка води ультразвуком низької частоти на стадії до і після прехлорування, що дозволить розкласти складні структури токсинів синьозелених водоростей на більш прості, менш токсичні органічні речовини. У цьому випадку варто використовувати гіпохлоритну (ClО^-) обробку води чи двооксид хлору (ClО₂);

– установка катіонітних колончатих фільтрів селективної дії (які поглинають іони нікелю, цинку, хрому, міді, марганцю), що дозволить знизити їх концентрацію в системах водопідведення нижче допустимих норм.

До штучно створених об’єктів гідросфери слід віднести, зокрема, ставки – випаровувачі, які є складовою технологічних процесів. Вони часто займають значні площі і є джерелами екологічної небезпеки, оскільки в них здійснюються скиди забруднених стічних вод від технологічних процесів. Обґрунтування заходів з управління екологічною безпекою на прикладі конкретного регіону наведено у п. 7.6 розділу 7 підручника..

Управлінські технічні рішення щодо ослаблення дистанційних проявів екологічної небезпеки

Застосування застарілих, що не відповідають сучасним екологічним вимогам, технічних систем і технологій підвищує рівень екологічної небезпеки. Аналіз виробничої діяльності підприємств в окремих регіонах [19] показує, що енергоємність застарілих техпроцесів і устаткування, на відміну від сучасних, на 8-10% вище.

Збільшення витрати енергії неминуче спричиняє зростання обсягів видобутку природних енергетичних ресурсів, збільшення кількості палива, що використовується. Це призводить до підвищення рівнів забруднення навколишнього середовища і порушення природних ландшафтів, тобто формується екологічна небезпека в регіонах, де видобуваються природні ресурси і виробляється енергія.

Теоретичним базисом відповідного управлінського рішення (№ 4 на рис. 6.3) є просторове розмежування місць реалізації управління і прояви екологічної небезпеки. Доцільно розглядати ситуацію, коли застосування енергозаощаджуючих технологій на одній території (місце здійснення технологічного процесу) призводить до зниження рівня екологічної небезпеки в іншій просторовій зоні (місце видобутку природних ресурсів і вироблення енергії).

Розглянемо для визначеності процеси теплової обробки (ТО) виробів у господарському комплексі з виробництва будівельних матеріалів [20]. Підхід до зниження енергоємності полягає в скороченні тривалості ТО будівельних виробів за рахунок введення до складу бетонних і керамічних сумішей спеціальних добавок, які не погіршують експлуатаційних властивостей виробів. Як добавки застосовуються відходи виробництва вапна, що містять від 40 до 55% Сa(OH)₂ (вапняний недопал) [21]. Необхідних властивостей бетонних виробів (міцність на стиск, міцність на вигин, водопоглинення) можна досягти при тривалості ізотермічної витримки 2 години при концентрації добавки 5% від маси бетонної суміші (для порівняння відзначимо, що при обробці виробів, які не містять активних добавок, ізотермічна витримка триває 4 години). Таким чином, заощаджується майже 10% енергетичних ресурсів (у перерахуванні на умовне паливо - від 6 до 27 кг умовного палива на 1 т виробів залежно від використовуваної технології).

У процесах виробництва керамічної плитки як добавку можна використовувати суміш порошку легкоплавкого скла з відходами виробництва вапна фракції 50-150 мкм. При введенні добавки збільшується пористість виробів, що призводить до прискорення процесів термодифузії (оптимальний вміст добавки – у межах від 15 до 20% від загальної маси суміші). Це дозволяє скоротити час сушіння на 2 години, що, у свою чергу, зменшує енергоємність виробництва. Відзначимо, що завод залізобетонних виробів середньої потужності (продуктивністю порядка 50 тис. м³ бетону на рік) здатний використовувати до 3000 відходів виробництва вапна та інших відходів будівельної галузі, скоротивши території звалищ і кількість забруднень, що надходять у природне середовище з них.

Таким чином, розглянуті способи енергозаощадження в господарському комплексі з виробництва будівельних матеріалів є елементом системи управління екологічною безпекою не тільки в певному регіоні, де здійснюється технологічний процес з використанням відходів, але й знижують рівень екологічної небезпеки в регіонах, де виробляється енергія (зменшення обсягів видобутку природних енергетичних ресурсів, зниження кількості викидів в атмосферне повітря при спалюванні палива в котельнях і на ТЕС).