7.8. Реалізація заходів з забезпечення надійності управління еккологічною безпекою у регіоні

Розглянемо існуючу систему моніторингу станів екологічної небезпеки, повязаної з забрудненням атмосферного повітря, на прикладі конкретного регіону ТВК СП. Проаналізуємо ситуацію по промрайонам.

Розташування наявних в Кременчуцькому промрайоні постів контролю забруднення атмосферного повітря не дозволяє повною мірою об'єктивно оцінювати стан екологічної небезпеки, пов’язаної з забрудненням атмосферного повітря. В даний час функціонує всього 4 пости (вони в сукупності ведуть контроль по 27 інгредієнтам; на різних постах контролюються різні специфічні шкідливі речовини, характерні для даної просторової області), які розташовані практично уздовж прямої, що проходить

2

а)

Звукова хвиля, що входить

Звукова хвиля, що виходить

4

1

5

4

3

6

Звукова хвиля, що входить

Рисунок 7.15 – Система зниження шумового забруднення, яке створюється при роботі двигунів автотранспортних засобів (а) і будова равликоподібного глушника (б):

1 – резонатор Гельмгольца;

2 – двосекційний равликоподібний глушник;

3 – прошарок скловолокна;

4 – вхідний патрубок;

5 – вихідний патрубок;

6 – перехідний патрубок на другу секцію.

б)

з півдня на північ. У просторі між постами (вздовж зазначеної прямої) оцінка стану забруднення приземного прошарку атмосфери може бути проведена шляхом інтерполяції даних, отриманих на сусідніх постах. Зони, які розташовані з західної і східної сторін, контролем не охоплені. Також виникають труднощі визначення реального рівня забруднення атмосфери в житлових масивах у тих випадках, коли пости розташовані поблизу вулиць з інтенсивним рухом автотранспорту (накладення промислових і транспортних викидів). З огляду на висловлені міркування, а також приймаючи до уваги дислокацію основних джерел забруднення атмосферного повітря відносно селітебних зон з урахуванням рози вітрів, доцільно на підставі результатів аналізу розсіювання викидів шкідливих речовин розширити 37 мережу пунктів спостереження, установивши додатково по одному посту в наступних технозонах: автозаводській, східній, центральній, південній .

У Комсомольському промрайоні ТВК СП знаходиться єдиний стаціонарний пост спостереження за забрудненням атмосферного повітря, який контролює 16 інгредієнтів. Розташовано пост на південно-східній окраїні селітебної забудови. Це, природно, не дозволяє мати достовірну інформацію про забруднення атмосферного повітря по всій території м. Комсомольська. З урахуванням пануючих вітрів західного, північно-західного і східного напрямків, особливостей формування техногенних об’єктів Комсомольського промрайону доцільно [38] пропонувати розмістити в цьому промрайоні ще 2 пости спостереження – по одному в північній і західній частинах багатоповерхової забудови.

Метеостанція, що знаходиться у Світловодському промрайоні ТВК СП розташована в північно-східній частині міста Світловодськ і по її даним дуже складно скласти повне уявлення про забруднення атмосфери в різних частинах міста, до того ж, розділених масивами зелених насаджень. Отже, є необхідність розмістити в цьому промрайоні, принаймні, ще один пост спостереження в західній частині міста, який контролював би приземні концентрації, створювані тут джерелами техногенного забруднення південно-західної технозони. Існуючий пункт спостереження необхідно перенести всередину житлової забудови східної частини м. Світловодська.

Наведена система вдосконалення контролю забруднення атмосферного повітря, яка реалізована на прикладі конкретного техногенно навантаженого регіону, дозволяє забезпечити вірогідність даних для управління екологічною безпекою.

Розглянемо конкретні дані по особливостям функціонування станцій очищення стоків у ТВК СП.

В результаті досліджень [39] кисневого режиму в аеротенках на станції очищення стоків правобережної частини м. Кременчук встановлено, що розподіл розчиненого кисню по довжині споруди нерівномірний. Мінімальний його вміст у муловій суміші (в межах від 1,2 мг/дм³ до 1,5 мг/дм³) спостерігався в початковій частині аеротенку, а максимальний (до 4,7 мг/дм³) – наприкінці споруди. Це пов'язано з різною інтенсивністю споживання кисню по довжині аеротенка. У початковій його частині концентрація забруднень велика і процеси споживання кисню мікроорганізмами (у зв'язку з великою швидкістю очищення) протікають інтенсивно. На виході споруди, внаслідок зменшення концентрації забруднень, інтенсивність споживання кисню знижується, у муловій суміші виявляється більша кількість кисню. Відомо, що для оптимальної роботи очисних споруд мінімальний вміст кисню в будь-якій точці аеротенка повинен бути порядку 2 мг/дм³ [40]. При недотриманні цього показника може зменшуватися швидкість біохімічного окислювання забруднень мікроорганізмами активного мулу. В існуючій системі аерації основним чинником, що визначає кількість розчиненого в аеротенках кисню, який утвориться, є продуктивність повітродувного устаткування. Тому у якості технічного рішення з досягнення екологічної безпеки доцільно розглядати підвищення ефективності повітродувного устаткування (табл. 7.27).

Таблиця 7.27 - Характеристика очистки в аеротенках на очисних спорудах Кременчуцького промрайону [41].

Найменування забруднюючої речовини	Середня ступінь очистки. %
	Аеротенк без регенератора мулу	Аеротенк з реге-нератором мулу
Органічні речовини по БСКП	82,3	92,5
Азот амонійний	78,6	87,9
Фосфати	6,0	6,9
Нафтопродукти	89,1	95,2
Завислі речовини	76,0	87,0
Ефіророзчинні речовини	88,6	94,9

Аналіз даних табл. 7.27 підтверджує доцільність застосування регенерації активного мулу у якості технічного рішення з забезпечення надійності функціонування очисних споруд у регіоні.

Нижче наведено конкретні технічні рішення з вдосконалення детекторів по визначенню концентрацій найбільш розповсюджених шкідливих речовин у атмосферному повітрі [42].

Розглянемо п’єзосорбційний метод. У цьому методі повітря, що містить певний газ, омиває сорбент і поглинається ним. П’єзосорбційний детектор складається з пластини кварцу; на її робочі поверхні напилені прошарки металу, до яких приварені електроди; на металеві прошарки наноситься сорбуюча речовина (рис. 7.16).

У детекторах використовується зворотний п’єзоефект, який полягає в тім, що при підведенні до робочих поверхонь електричної напруги відбувається деформація пластини. Кристалу характерна власна частота коливань, тому що він має визначену масу і пружність. Оскільки прошарки металу і сорбенту, поглинена сорбентом речовина й електроди також мають визначену масу, власна частота пристрою залежить від маси всіх цих елементів. П’єзосорбційний метод аналізу саме і заснований на зміні маси прошарку сорбенту за рахунок поглинання газів.

Рисунок 7.16 - Схема п’єзосорбційного детектора:

1 – електрод; 2 – прошарок сорбуючої речовини; 3 – прошарок металу; 4 – пластина кварцу.

Основний закон п’єзосорбційного методу аналізу (рівняння Зауербрея [43], яке зв’язує зміну власної частоти резонансу F (Гц) зі зміною маси М (г) п’єзокристалу при сорбції визначеної речовини) має вигляд:

, (7.1)

де f - частота коливань п’єзокристалу, при якій здійснюється аналіз, МГц; S – площа кристала кварцу, см².

Використовуючи формулу (7.1), доходимо до висновку, що при чутливості приладу 1 Гц можна зафіксувати зміну маси в 10^-8 г. Точність п’єзосорбційного методу тим вища, чим більша частота коливань. На практиці, однак, використовувати частоту більш 10 МГц не бажано. Це шкідливо для здоров'я обслуговуючого персоналу і вимагає складної апаратури.

Як чутливий елемент п’єзокристалічного детектора на аміак використовується [42] прошарок яблучно-лимонної суміші (ЯЛС). Він не втрачає своєї роботоздатності після 20-30-разового використання і відновлює властивості під струменем теплого повітря (t =25-30⁰С) протягом 2-3 хв.

Для контролю концентрації аміаку в атмосферному повітрі застосовується також спосіб, який базується на використанні іонселективних електродів. Таким. Зокрема, є детектор з електродом з нейзильберу. Останній являє собою сплав міді, який містить 15% нікелю і 20% цинку. Електрод занурюється в розчин з різною концентрацією хлористого амонію (10^-2 – 10^-5 мг аміаку на 1,0 дм³ 0,01 N водного розчину соляної кислоти). Туди ж опускається електрод порівняння (стандартний хлорсрібний електрод) і вимірюється величина електродного потенціалу. По попередньо побудованому графіку визначається кількість аміаку в пробі повітря.

Для визначення змісту фенолу в атмосферному повітрі розглянемо п’єзосорбційний, кондуктометричний і спектрофотометричний методи [44] .

У п’єзосорбційному детекторі в якості сорбуючих покрить використовуються водні і етанольні розчини мил і синтетичних миючих засобів. До складу сорбенту також вводили компоненти, що разом з фенолом утворюють частки, які несуть статичний електричний заряд (наприклад, фенолформальдегідна смола). Ці заряди істотно впливають на кристалічну решітку кварцу, змінюючи силу взаємодії атомів кремнію і кисню, що, у свою чергу, призводить до зміни частоти коливань кварцу. Вказані покриття мають властивість регенерації.

Для кондуктометричного і спектрографічного методів застосовується аналітичний реагент на фенол (він швидко зв’язує його пару фенолу в комплекс і має високу селективність) – акриловий ефір 2-піридил-альдоксима наступної

формули:

СОО – СН₂ – СН = СН₂

(7.2)

СН = N – ВІН

N

Для зручності цей реагент позначимо буквою Z. Сорбент для кондуктометричного детектора являє собою суміш активованого вугілля, лаку і реагенту Z, узятих у масовому співвідношенні 4:1:1 відповідно, або суміш реагенту Z з лаком при масових співвідношеннях 4:1 відповідно. За допомогою графіка залежності концентрації від електроопору детектора визначають вміст фенолу в повітрі. Відносна похибка визначення концентрацій зазначеної речовини в діапазоні 0,053,0 мг/м³ не перевищує 3%.

Встановлено [42], що реагент Z у спиртових і ацетонових розчинах утворює з фенолом комплексні сполуки, які мають жовтий колір, що дає можливість використовувати його в спектрофотометричному методі. Досліджувані проби порівнюють зі стандартною шкалою або фотометрують на спектрофотометрі СФ-16 при довжині хвилі  = 396 нм. Потім, використовуючи графік залежності концентрації від оптичної щільності, визначали вміст фенолу в повітрі.

Розглянемо п’єзометричний метод визначення вмісту стиролу в атмосферному повітрі. На рис. 7.17 наведена схема установки для його реалізації [44]. Цей метод заснований на визначенні різниці концентрацій водної пари до і після проведення реакції стиролу з парами води. Газоповітряна суміш, що містить пари води і стирол, концентрацію якого в повітрі необхідно визначити, через патрубок 1 надходить в установку. Одну частину газоповітряного потоку через відвід 2 подають у реактор 3, де відбувається взаємодія пари води і стиролу (з утворенням метилфенілкарбінолу) у відповідності до реакції:

ОН

СН = СН₂ |

СН – СН₃

+Н₂О 

(7.3)

Кількість пари води в газоповітряному потоці в результаті протікання реакції (7.3) зменшується, а частота коливань F₁ п’єзосорбційного датчика 4, розташованого після реактора, зростає. Інша частина газоповітряного потоку з труби 1 через відвід 5 надходить на п’єзосорбційний датчик 6 (обидва п’єзодатчики мають сорбційне покриття з полі-Е-капраміду), який реєструє частоту коливань F₂, що відповідає концентрації пари води у відсутності взаємодії її зі стиролом. За значеннями різниці частот F = F₁ - F₂ визначають концентрацію фенолу в повітрі.

Як сорбент для п’єзосорбційного детектора на оксид вуглецю (II) використовують суміш, що складається з ЯЛС і 5%-го вінілового ефіру 2-піридил-альдоксима. Цей сорбент має високу чутливість і відновлює протягом нетривалого часу практично повністю свої сорбційні властивості.

У якості поглинального і кольорозмінюючого реагенту на формальдегід у спектрофотометричному детекторі використовують аміачний розчин комплексної сполуки заліза (ІІ) з моноаліловым ефіром 1,2-циклогександиондіоксима. Встановлено, що його оптимальна концентрація в розчині лежить у межах 0,51,0 г/дм³. На спектрофотометрі вимірюють оптичну щільність при λ_макс.= 520 нм. За допомогою відповідного графіку знаходять концентрацію формальдегіду в повітрі. Встановлено, що впевнено можна визначати вміст формальдегіду в повітрі при його концентраціях 0,050,2 мкг/см³.

Рисунок 7.17 – Схема п’єзосорбційної установки для визначення концентрацій стиролу: 1 – патрубок для подачі газоповітряної суміші; 2 – відвід газоповітряної суміші в реактор; 3-реактор; 4 і 6 – п’єзодатчики; 5 – відвід газоповітряної суміші для дослідження пари води у відсутності її взаємодії з фенолом.

Вище і нижче цього діапазону концентрацій зазначений розчин малочутливий.

Для кількісного визначення парів етанолу фотоколориметричним методом використовують [44] поглинальний розчин, який складається із суміші 10см³ фуксинсірнистої кислоти; 10 см³ 0,70%-го розчину соляної кислоти і 2,5см³ гліцерину. Для збільшення чутливості і точності в поглинальний розчин вводили 0,1 Н водного розчину ацетату натрію в кількостях 0,51,5 см³. Через поглинальний розчин пропускають повітря, що містить етанол, і на спектрофотометрі визначають його оптичну щільність. По відповідному графіку визначають значення концентрацій. Оптимальним є вміст ацетату натрію в поглинальному розчині, що дорівнює 1,0 см³. Варіації кількості добавки убік зменшення призводять до зниження оптичної щільності розчину (отже, і чутливості аналізу), при збільшенні кількості добавки вище 1,2 см³ оптична щільність поглинального розчину практично не змінюється.

Розглянемо реалізацію заходів з забезпечення екологічної безпеки під впливом соціогенних чинників на прикладі конкретного регіону.

Практичне втілення першого з зазначених в п.6.6.3 підручника напрямків (підготовка висококваліфікованих фахівців з управління екологічною безпекою у вищих навчальних закладах) можна проілюструвати на прикладі Кременчуцького державного політехнічного університету, де ведеться підготовка бакалаврів, спеціалістів і магістрів за фахом «Екологія й охорона навколишнього середовища» за спеціалізацією «Управління екологічною безпекою», а також кандидатів наук зі спеціальностей «Екологічна безпека» і «Екологія». Результати наукових досліджень впроваджені в лекційних курсах, практичних заняттях і лабораторному практикумі в циклі професійно-орієнтованих дисциплін, у курсовому проектуванні з «Розрахунку і проектуванню санітарно-захисних зон», «Екологічної паспортизації», «Утилізації і рекуперації відходів». Вони використовуються у випускних кваліфікаційних роботах бакалаврів, дипломних проектах спеціалістів, наукових працях магістрів, які, як правило, відрізняються реальністю і впроваджуються в структурних елементах ТПК Середнього Придніпровя. На практичних заняттях з курсу «Управління техногенною безпекою» моделюються різні стани техногенної безпеки з врахуванням профілізації регіону. Розглянуті в підручнику теоретичні аспекти управління екологічною безпекою використані в Державному Стандарті вищої освіти по напрямку «Екологія» (автори підручника є членами робочої групи Міністерства освіти і науки України по розробці зазначеного стандарту для освітніх рівнів «бакалавр», «спеціаліст», «магістр»). Пропозиції авторів щодо відкриття нової спеціальності «Екологічна безпека» підтримані робочою групою і спрямовані в Міносвіти України для розгляду.

Другий з наведених у п. 6.6.3 підручника напрямків (підготовка та підвищення квіаліфікації керівних та інженерно-технічних працівників) забезпечується тим, що в м. Кременчуці протягом останніх семи років регулярно проводяться науково-практичні конференції “Оцінка техногенного впливу на довкілля. Нові технології очищення промвикидів, зворотних вод, переробки відходів”, що в основному призначені для підвищення кваліфікації інженерно-технічних працівників.

Третій з зазначених у п. 6.6.3 підручника напрямків (масове екологічне навчання та виховання) реалізується в діяльності Малої Академії Наук. При підготовці наукових праць школярами використовуються результати теоретичних досліджень, розробляються конкретні напрямки управління екологічною безпекою з практичною їх реалізацією в умовах регіону. Про результативність цього напрямку свідчить той факт, що наукові праці учнів неодноразово посідали призові місця на загальнодержавних і обласних конкурсах. Однією з ефективних форм підвищення рівня екологічного світогляду населення є проведена діяльність у рамках громадських організацій і, зокрема, у Кременчуцькому відділенні Всеукраїнського Товариства Охорони Природи. На семінарських і практичних заняттях аналізуються основні проблеми екологічної безпеки в регіональному аспекті і шляхи їх вирішення, формується активна громадська позиція у відношенні раціонального поводження з відходами споживання, зниження ступеня позиційності екологічної небезпеки шляхом розширення мережі зелених насаджень, об'єктів природно-заповідного фонду і т.п. Цьому сприяє той факт, що при кафедрі екології Кременчуцького державного політехнічного університету функціонує дирекція регіонального ландшафтного парку «Кременчуцькі плавні», у якому ведеться активна науково-дослідна, освітня і виховна робота.