CC BY
53
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
________ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.____
УДК 631.95
В.Ф. ВТОРЫЙ, д-р техн. наук; С.В. ВТОРЫЙ, канд. техн. наук;
И.С. ЗАЙЦЕВ
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ФЕРМЫ КРС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Предложены подходы к оценке уровня экологической опасности ферм крупного рогатого скота с использованием информационного моделирования и мониторинга технологических процессов.
Гармонизация развития техники и природы возможна только в результате научно обоснованных компромиссов между хозяйственной деятельностью человека и проблемой сохранения природной среды. На сегодняшний день единственно приемлемый вариант прогрессивного движения человечества - это движение в «рамках устойчивого развития», не разрушающего естественного биотического механизма саморегуляции природной среды. Поэтому при создании технологических и технических систем следует стремиться к минимизации техногенного воздействия на окружающую среду [1].
Технологические процессы производства продуктов животноводства связаны с переработкой природных и энергетических ресурсов, сопровождаются появлением значительного количества отходов, поэтому ферма крупного рогатого скота является техногенным объектом, который может оказывать существенное влияние на состояние окружающей среды, являясь источником загрязнения воздуха, почвы и водных источников.
На рис. 1 представлена схема экологической информационной модели функционирования фермы КРС. В основу информационной модели положен принцип трех сфер:
- биосфера - совокупность людей и животных;
- техносфера - технологическая взаимосвязь машин, механизмов, строительных конструкций относящихся к технологии производства;
- окружающая среда, на которую непосредственно или опосредованно друг через друга оказывают влияние две первые сферы.
113
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Из окружающей среды ферма получает необходимые ресурсы для обеспечения жизнедеятельности животных, людей, производства продукции в заданном объеме обеспечения функционирования машин и механизмов и как техногенный объект выбрасывает в окружающую среду отходы.
Рис. 1. Схема экологической информационной модели функционирования фермы КРС:
(8) - обработка, переработка
Современный уровень технологического развития в качестве первоочередной задачи ставит получение максимума продукции при минимуме затрат ресурсов и минимуме экологического ущерба. Научные исследования должны быть направлены на разработку новых методов системного анализа и критериев оценки экологической безопасности вновь создаваемых и функционирующих ферм КРС с целью минимизации отрицательного техногенного воздействия.
За системный критерий модели оценки экологической опасности животноводческой фермы предлагается принять коэффициент экологической напряженности производства (КЭН).
Окружающая среда
Продукция
Отходы
114
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.
КЭН = ТУ/ОП ^ min, (1)
где ТУ - экологический технологический ущерб, тыс. руб; ОП -объем произведенной продукции, тыс. руб.
ТУ = УЖ + УЧ + УП + УМ - УО, (2)
где УЖ - экологический ущерб от жизнедеятельности животных, тыс. руб.; УЧ - экологический ущерб от жизнедеятельности человека, тыс. руб.; УП - экологический ущерб, наносимый несовершенством выполняемых технологических процессов, тыс. руб.; УМ - экологический ущерб, наносимый машинами и механизмами, тыс. руб.; УО —дополнительный положительный экономический эффект получаемый при утилизации отходов непосредственно в замкнутом цикле производства (вторичное использование ресурсов), тыс. руб.
Необходимо отметить, что для расчета показателей по выражению (2) наряду с имеющимися методиками определения экологического ущерба требуется проведение исследований и разработка ряда методов и методик. Предлагаемый критерий оценки экологической напряженности производства можно рассматривать, как удельный, позволяющий сравнить несколько технологий и дать оценку экологической опасности животноводческих объектов. Он позволит оценить уровень проектируемой, реконструируемой или действующей технологии, рассчитать пороговые значения допустимости использования ее в той или иной экологической зоне.
Применение методов оценки экологической безопасности производства продукции животноводства на основе КЭН особенно эффективно на этапе разработки проектных решений. Комплексный экологический анализ и оценка на этапе разработки (особенно на ранних стадиях - концептуальная идея, инженерные изыскания и научноисследовательские работы, структурный и параметрический синтез и др.) и целенаправленное воздействие на параметры проектируемых животноводческих объектов позволяет управлять факторами, влияющими на уровень техногенного воздействия, и поддерживать необходимую степень экологической безопасности.
115
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
Комплексный анализ и оценка экологической безопасности на этапах, предшествующих реализации проекта (концептуальная идея, комплекс инженерных изысканий, научно-исследовательские работы, проектирование и др.), и принятие сбалансированных решений позволят снизить напряженность экологических проблем еще до их возникновения и в целом определяют безопасность последующего функционирования фермы.
На этапе эксплуатации, функциональная устойчивость объекта и его экологическая безопасность, определяются, прежде всего, насколько оптимальны были приняты инженерные решения при проектировании и реализации проекта.
Анализ научно-технической информации показывает, что экологическая безопасность фермы зависит от показателей состояния производства, уровня инженерной защиты, компенсационных возможностей природной среды, показателей состояния природной среды. Следовательно, возможны два способа управления экологической безопасностью фермы: информационный (на основе анализа показателей состояния объекта, природной среды и их компенсационных возможностей) и технический (на основе экологических показателей и уровня инженерной защиты). Технический способ управления предполагает регулирование режима функционирования системы в зависимости от характера и степени динамической природной составляющей и состояния (надежности) технической составляющей, возможностями инженерной защиты путем реализации природоохранных защитных мероприятий.
Важным условием эффективного экологически безопасного функционирования фермы КРС является постоянный мониторинг технологических процессов. Он позволяет заблаговременно оценить ситуацию и принять меры к исключению или снижению экологического ущерба.
На основе системы оценки производственных ситуаций [2] на рис. 2 графически представлен принцип организации и пороговые значения технологических параметров при мониторинге.
116
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2010. Вып. 82.
Значение
технологического
параметра
Критическое
значение
параметра
4
уровень
Допустимое
значение
параметра
Уровни параметров
Рис. 2. Пороговые значения технологических параметров при экологическом мониторинге фермы КРС
Каждый уровень характеризуется соответственно состоянием производства, животных и персонала:
1 уровень - обеспечивается планируемая продуктивность животных, высокая работоспособность персонала;
2 уровень - имеются признаки снижения продуктивности животных и работоспособности персонала;
3 уровень - присутствует снижение продуктивности животных, работоспособности персонала;
4 уровень - явно выражено резкое снижение продуктивности животных и работоспособности персонала.
При дальнейшем ухудшении технологических параметров может наступить отравление или гибель людей и животных, выход из строя технологического оборудования, создаются аварийные ситуации.
Обеспечить постоянный мониторинг и анализ состояния производства, предупреждение персонала о нарушении технологических процессов возможно при использовании информационно-экспертных систем (ИЭС). Основой ИЭС является модель оценки экологической опасности объекта. При мониторинге экологической ситуации, систе-
117
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
мой дается оценка технологического состояния производства, предлагаются соответствующие рекомендации персоналу для устранения причин создающих опасные ситуации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Графкина М.В. Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем: Автореф. дис.. .д-ра техн. наук / М.В. Графкина. - М, 2008.
2. Кирсанов В.В. Научно-технические основы совершенствования системы мониторинга, управления экологической безопасностью и процессами биоочистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса. Автореф. дис.д-ра техн. наук / В.В. Кирсанов. -Казань, 2008.
Получено 16.06.2010.
V.F. VTORYY, DSc (Engineering); S.V. VTORYY, Cand. Sc (Engineering); I.S. ZAYTSEV
INFORMATION MODELING-BASED ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL HAZARD LEVEL OF A CATTLE FARM
General approach to assessment of environmental threat of cattle farms is offered, which is based on the principles of information modeling and process monitoring
118
