CC BY
96
114
Общетехнические задачи и пути их решения
УДК 504.06 Н. А. Бабак
ПРЕВЕНТИВНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ,
ЗАЩИТЫ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ ИМИ ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЖКХ
В статье описан превентивный метод оценки техногенного воздействия на окружающую среду этапов строительной деятельности и ЖКХ, разработан количественный показатель ее негативного воздействия. Обоснована необходимость превентивных решений по снижению негативного воздействия на окружающую среду строительной деятельности и ЖКХ, начиная с производства строительных материалов и заканчивая готовым объектом строительства. Даны рекомендации по уменьшению нагрузки на окружающую среду.
превентивный метод, техногенное воздействие, управление окружающей средой, строительная деятельность.
Введение
Оценивая техногенное воздействие строительной деятельности и жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) на окружающую среду, необходимо найти такие подходы, которые позволили бы оценивать их воздействие в едином комплексе.
В настоящее время существует целая система показателей оценки состояния окружающей среды. Эти показатели можно подразделить на санитарно-гигиенические (предельно допустимые, средние, максимальные фактические концентрации вредных веществ в воздухе, водных объектах, почве, продуктах питания); количественные и объемные (фактический, предельно допустимый, временно согласованный лимитный выброс, сброс и размещение отходов или отходящие, поступающие на очистку, уловленные, утилизируемые, выбрасываемые вредные вещества); по степени опасности веществ; стоимостные (экономический ущерб, текущие и капитальные затраты на охрану природы, основные природоохранные фонды, экономический эффект от внедрения природоохранных мероприятий); относительные удельные показатели (эффективность и степень очистки, показатели, характеризующие структуру и динамику выбросов вредных веществ в окружающую среду, интенсивность использования природных ресурсов, степень воздействия на окружающую среду).
Возрастающая нагрузка на окружающую среду в результате хозяйственной деятельности требует разработки и реализации мер по совершенствованию управления природно-техногенными системами с точки зрения
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
115
оценки уровня воздействия на них. В России основа системы экологической оценки построена на использовании таких инструментов, как государственная экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). ОВОС является наиболее распространенным методом для определения и выявления интенсивности, характера и степени опасности вредного влияния любого вида планируемой хозяйственной деятельности. Проведение ОВОС на проектном уровне, до начала строительства объекта, предусмотрено Федеральным законом «Об экологической экспертизе», производится в соответствие с «Положением об ОВОС». Но ОВОС не дает представления о негативном воздействии на ОС этапа производства строительных материалов, готовых объектов строительства в результате их эксплуатации, реконструкции и сноса. Поэтому необходима система оценки совокупности комплексных показателей объекта на разных этапах жизненного цикла с учетом качественных и количественных составляющих.
1 Разработка превентивного метода оценки состояния, защиты природно-техногенных систем и управления ими при осуществлении строительной деятельности и ЖКХ
Критический анализ литературных данных по негативному воздействию строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду показал, что на данный момент нет единых подходов, позволяющих на качественном и количественном уровнях оценивать строительную деятельность и ЖКХ как единый комплекс, негативно воздействующий на окружающую среду на всех ее основных этапах, начиная с получения неорганических материалов для промышленного и гражданского строительства и заканчивая воздействием на природно-техногенные системы готовых объектов строительства.
Целью исследования является разработка такой системы оценки, которая могла бы способствовать развитию научно обоснованных технических и технологических решений для прогноза общего воздействия на окружающую среду промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ. Поэтому кажется оправданным предположение о том, что в числе таких решений могут быть превентивные действия, определяющие взаимосвязи этапов и прогнозирующие снижение их совместного негативного воздействия, т. е. дающие возможность управлять этим воздействием. Сказанное выше формирует основную идею работы, которая состоит в возможности прогнозировать минимизацию негативного воздействия на окружающую среду путем развития превентивного метода как совокупности действий, которые необходимо предпринять, чтобы достичь поставленной цели.
Для определения взаимосвязей всего цикла промышленногражданской строительной деятельности и ЖКХ, начиная с получения материалов и заканчивая готовым объектом строительства, необходимо выявить их геоэкологический резерв, который может быть заложен и в учете
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
116
Общетехнические задачи и пути их решения
фундаментальных основ строения вещества. При такой постановке вопроса следует разбить строительную деятельность и ЖКХ на основные этапы с учетом техногенного воздействия этих этапов на биотоп, качественно и количественно оценить это воздействие, разработав соответствующую методику оценки, проследить и ввести фундаментальный параметр оценки природы веществ в его взаимосвязи с воздействием на окружающую среду этапов строительной деятельности и ЖКХ, обосновать и оценить реальное достижение снижения негативного воздействия на окружающую среду (рис. 1).
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения 117
Рис. 1. Превентивный метод оценки состояния, защиты природно-техногенных систем и управления ими при осуществлении строительной деятельности и ЖКХ
В соответствии со сказанным нами был проведен анализ, выделено три основных этапах последовательного осуществления промышленногражданской строительной деятельности и ЖКХ и проанализировано их негативное воздействие на биотоп. Исходя из результатов анализа был сделан вывод, что наибольшее суммарное негативное воздействие на биотоп оказывает этап производства материалов строительной керамики. Так, при производстве при равнозначных сырьевых затратах, например, строительного кирпича и цемента производство кирпича требует наибольших энергетических затрат (2848-1012 кВт-ч против 2986,3-1010 кВт-ч в год).
2 Разработка количественной оценки техногенного воздействия строительной деятельности и ЖКХ
Существует методика оценки технологий с помощью интегрального индекса IEQ (индекс экологичности и качества) [1], которая позволяет с помощью математических операций оценивать различные их аспекты -экологические, качественные, технологические, оценка которых суммируется в рамках единой шкалы. Значения всех комплексных оценок должны попадать в один интервал. В качестве такого интервала принимается интервал значений от 0 до 1, как наиболее удобный. И чем больше значение оценки, тем выше качество технологии.
Модифицируя эту методику для оценки негативного воздействия на окружающую среду, нами предложен показатель негативного воздействия (Пн.в) как величина, обратная индексу IEQ. При этом, оценивая основные этапы промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ, необходимо выделить наиболее значимые аспекты оценки минимизации не-
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
118
Общетехнические задачи и пути их решения
гативного воздействия на окружающую среду каждого этапа, присвоив им соответствующие весовые коэффициенты и приняв за максимальный показатель негативного воздействия на окружающую среду значение Пн.в, равное 100. При снижении негативного воздействия на ОС показатель минимизации Пн.в должен стремиться к единице.
Таким образом, можно сделать вывод, что увеличение качества и экологичности любой деятельности, технологии или производства позволит минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Для этого необходим комплекс мероприятий, имеющий многопрофильный характер. Важным направлением снижения негативного воздействия на ОС промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ, с нашей точки зрения, может стать развитие многоаспектных превентивных технологий, введение которых позволит уменьшить нагрузку на окружающую среду различных этапов рассматриваемой деятельности. Вследствие чего будет выполняться условие Пн.в (после) < Пн.в (до).
Для этапа производства строительных материалов были выбраны следующие аспекты: экономия природных минеральных ресурсов; экономия энергоресурсов; уменьшение выбросов в атмосферу. При традиционной технологии показатель Пн.в этапа производства строительной керамики равен 100.
Для этапа строительства выбирается аспект - количество образующихся отходов. Ежегодно в строительстве теряется огромное количество каменных материалов. До 17 % кирпича превращается в бой и идет в отходы, причем 40 % оставшегося тоже имеют те или иные повреждения. Поэтому в аспекте количество образующихся отходов Пн.в2 = 1,67.
Для этапа эксплуатации зданий и сооружений выбираются аспекты: расход энергоресурсов на отопление; уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу. Значимость оценки аспектов этапа принимается равной 0,5 для всех выбранных аспектов. На сегодняшний день до 30 % тепловой энергии при отоплении зданий и сооружений рассеивается в окружающей среде, причем аспект расход энергоресурсов на отопление оценивается значением Пн.в = 1,43. Для аспекта уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу значение Пн.в = 100. Оценим этап по всем аспектам с учетом коэффициентов их значимости: Пн.в = 50,7.
Для оценки промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ определим коэффициенты значимости выбранных этапов. Так как этап производство строительных материалов вносит значительный негативный вклад в состояние окружающей среды, то ему присваивается коэффициент значимости 0,5; для этапов строительство и эксплуатация зданий и сооружений коэффициент значимости равен 0,25: Пн.в общ = 0,5 х х 100 + 0,25 • 1,67 + 0,25 • 50,7 = 63,1. Результаты расчетов представлены на рисунке 2.
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
119
ПНв10о 80 60 40 20 0
12 3 4
Рис. 2. Показатель негативного воздействия промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду:
1 - производство строительной керамики; 2 - строительство;
3 - эксплуатация зданий и сооружений; 4 - общий показатель
Качественный и количественный анализ промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ говорит о том, что необходим комплекс мероприятий, имеющий многопрофильный характер, который позволит уменьшить нагрузку на окружающую среду.
3 Обоснование превентивных мер, минимизирующих негативное воздействие на окружающую среду промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ
В условиях, когда уменьшение темпов гражданского и промышленного строительства не прогнозируется, очевидна необходимость поиска научно обоснованных решений, способных прогнозировать снижение нагрузки на окружающую среду. Для этих целей нами учитывалось то обстоятельство, что «... при строительстве зданий и сооружений используются главным образом неорганические материалы, основными составляющими которых являются силикаты и алюмосиликаты, т. е. преимущественно те соединения, из которых состоят попутные продукты и отходы промышленности» [2, с. 7].
Проведенный нами анализ показал, что основной вклад в снижение показателя негативного воздействия на окружающую среду на этапе производства строительной керамики вносит использование техногенного минерального сырья. Применение промышленных отходов позволяет на 1030 % снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, экономия капитальных вложений при этом составляет 35-50 %.
Следует подчеркнуть, что вовлечение минеральных отходов любого типа, несомненно, приводит к таким положительным экологическим эффектам, как освобождение земель, отведенных под складирование промышленных отходов, экономиия энергоресурсов и природного минераль-
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
120
Общетехнические задачи и пути их решения
ного сырья, что позволяет уменьшать выбросы в атмосферу, исключает изменение ландшафта, деформацию земной поверхности, деградацию земель, изменение состава и структуры почвы.
Известно, что в процессе обжига глины в атмосферу попадают оксиды серы, которые впоследствии приводят к образованию кислотных осадков. Следовательно, даже частичная замена глины минеральными отходами, уже прошедшими термическую обработку, позволит снизить количество газов, ведущих к образованию кислотных осадков. Кроме того, в минеральных отходах иногда содержатся горючие компоненты. Тогда применение таких отходов снизит расход топлива при обжиге строительной керамики за счет их сгорания.
Поиск фундаментальных оценок техногенного сырья, позволяющих прогнозировать снижение нагрузки на ОС, привел к выводу, что наиболее информативным может стать энергетический подход с учетом предварительной оценки технологической пригодности сырья. Оценивая минералогический состав техногенного сырья и выделяя его основные фазы, можно прогнозировать улучшенные эксплуатационные качества строительной керамики. На сегодняшний день известны работы по классификации техногенных отходов по признаку принадлежности основных фаз к электронному семейству по таблице Д. И. Менделеева (Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, М. Абу-Хасан). Поэтому поиск количественной энергетической характеристики техногенного сырья весьма перспективен.
Для этой цели нами предложен относительный коэффициент резерва энергии (по натрию) элементов, наиболее распространенных в земной коре, Кр.э, позволяющий прогнозировать снижение негативного воздействия на окружающую среду через эксплуатационные характеристики строительной керамики. Например, невысокий Крэ (например, ^-элемент Са, Крэ = 1,19) говорит о слабом контакте этого катиона с глиняной матрицей, что не даст увеличения прочности при синтезе строительной керамики, но может дать уменьшение коэффициента теплопроводности этого материала за счет образующихся зазоров между частицами глины и минерального отхода, что повлияет на этап эксплуатация зданий и сооружений. Напротив, рост Крэ говорит о более высоких прочностных эксплуатационных характеристиках строительной керамики, что повлияет на этап строительство.
На основе этих предположений был рассчитан теоретический показатель негативного воздействия после введения превентивных мер.
Результаты теоретического расчета показателя негативного воздействия представлены на рисунке 3.
Теоретический расчет Пн.в строительной деятельности и ЖКХ на современном этапе дает показатель 63,1. После введения превентивных мер значение Пн.в составило 3,8, что говорит о необходимости разработки превентивного метода оценки состояния природно-техногенных систем и управления ими.
2011/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
121
Рис. 3. Теоретическая оценка негативного воздействия различных этапов строительной деятельности на окружающую среду до и после введения превентивных технологий:
1 - производство строительных материалов; 2 - строительство;
3 - эксплуатация зданий и сооружений
Заключение
Анализ результатов разработки превентивного метода минимизации негативного воздействия строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду показал, что этот подход позволяет оценить строительную деятельность и ЖКХ как единый комплекс, начиная с получения неорганических материалов для промышленного и гражданского строительства и заканчивая воздействием готовых объектов строительства на природнотехногенные системы.
Библиографический список
1. Пути решения экологических проблем железнодорожного транспорта : научное, методическое, справочное пособие / Т. С. Титова, А. И. Потапов. - СПб., 2010. -832 с. - ISBN 5-86050-284-2.
2. Комплексное использование минерального сырья и экология : учеб. пособие / П. И. Боженов. - М. : Изд-во АСВ, 1994. - 264 с. - ISBN 5-87829-004-9.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2011/3
