CC BY
55
8. Wine preservation system [Text]: Pat. USA № 20050142260 USA / Chen J., Willcox W. — № 20050142260; filed 24.12.2003; publ. 30.06.2005, Bul. № 10/746929.
9. Wine storage and preservation device [Text]: Pat. USA № 8746502 B2 USA / Gregory H. Lambrecht; Coravin, Llc. — № 8746502 B2; filed. 9.11.2011; publ. 10.06.2014, Bul. № 14/256,410.
10. Симоненко, Ю. М. Застосування шертних газ!в та крюгенних технологш у харчовш галузi [TeKCT] / Ю. М. Симоненко // Харчова наука i технологш. — Одесса, 2014. — № 1. — С. 99-104.
ЗАСТОСУВАННЯ ШЕРТНИХ TA3iB ДЛЯ ЗБЕР^АННЯ БМИХ СУХИХ ВИН
У статт представлен! результаты дослщжень, пов'язаш з негативным впливом кисню пов!тря на вах етапах виготовлення вина, який призводить до окислення вин. Вивчено позитивний ефект застосування шертних газ1в — азоту i аргону на якють вин в процес ¡х збертання. Наведено рекомендацй з експлуатацй установок з шертними газами у виноробнш промисловостг
Kлючовi слова: бгш вина, кисень, окислення, шертш гази, аргон, азот, фенольш сполуки, ароматоутворююч! речовини.
Ткаченко Оксана Борисовна, доктор технических наук, доцент, кафедра технологии вина и энологии, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, e-mail: [email protected].
Симоненко Юрий Михайлович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, кафедра криогенной техники, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, e-mail: [email protected].
Тринкаль Ольга Валентиновна, аспирант, кафедра технологии вина и энологии, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, e-mail: [email protected].
Ткаченко Оксана Бориывна, доктор техшчних наук, доцент, кафедра технологи вина та енологп, Одеська нащональна ака-дем1я харчових технологш, Украгна.
Симоненко Юрй Михайлович, доктор технгчних наук, старший науковий ствробтник, кафедра крюгенног техшки, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украгна. Тринкаль Ольга Валентитвна, астрант, кафедра технологи вина та енологп, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украгна.
Tkachenko Oksana, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: [email protected]. Symonenko Iurii, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: [email protected].
Trynkal Olha, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 504.062.2 : 625.861 : 669.015.92 БШ: 10.15587/2312-8372.2015.47724
ВНЗНАЧЕННЯ ПОКАЗННК1В ЕКОДОПЧНО! БЕЗПЕКИ ПР0ЕКТ1В ВНКОРНСТАННЯ В1ДХОД1В ЯК ДОРОЖНЬО-БУДШЕЛЬНОГО МАТЕР1АЛУ
Представлена система показнитв екологiчног безпеки для проектiв використання вiдходiв для дорожнього будiвництва на прикладi використання металургшного шлаку для дорожнього одягу. Визначено показники екологiчног безпеки вiдходiв металургшного виробництва та показники еко-логiчног безпеки в проектах використання вiдходiв як альтернативного дорожньо-будiвельного матерiалу. Розроблено алгоритм конструювання дорожнього одягу iз зменшенням матерiало-мiсткостi та енергоeмностi конструкцп.
Клпчов1 слова: екологiчна безпека, проект, автомобыьна дорога, дорожне покриття, мета-лургшний шлак, вiдходи.
Хрутьба В. 0., Вайганг Г. 0., Крюковська Л. I.
1. Вступ
Протяжшсть мережi автомобшьних дорщ яка ста-новить 169,6 тис. KrnoMeTpiB, та ü щшьшсть (281 ю-лометр на 1 тис. кв. кiлометрiв) в основному вщповь дають темпам розвитку нащонально! економжи. Проте транспортно-експлуатацшний стан переважно! бшьшосп автомобшьних дорш не вщповвдае сучасним вимогам i потребуе полшшення з урахуванням сощально-еконо-мiчних потреб держави, потребуе значного полшшення, а подекуди — дорожнш одяг потребуе повного онов-лення. За даними науковщв — щороку держава втрачае близько 30 млрд. гривень валового внутршнього продукту через незадовшьний стан автомобшьних дорш
Як визначае «Концепщя реформування системи державного управлшня автомобшьними дорогами загального
користування», забезпечення розвитку мережi автомобшьних дорк та полшшення ix транспортно-експлуа-тацшного стану е необхщною умовою для подальшого соцiально-економiчного розвитку держави i суспшь-ства [1]. У концепцп визначено базовi вектори розвитку дорожнього господарства. Серед них — створення ефективно! системи управлшня галуззю i залучення швестицш на основi державно-приватного партнерства, упровадження сучасних еколопчно безпечних технологш будiвництва дорш в тому чист з використанням альтернативних матерiалiв.
Питання еколопчно! безпеки при будiвництвi автомобшьних дорш забезпечуеться впровадженням проекпв зменшення шюдливого виливу на довюлля технолопчних процесiв дорожшх робiт; провадженням теxнологiчниx рiшень, спрямованих на зниження шюдливого впливу
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 4/4(24], 2015, © Хрутьба В. О., Вайганг Г. О.,
Крюковська Л. I.
транспорту; проведенням природоохоронних заходiв у межах смуги вщведення дороги та у межах зон житте-дiяльностi людей, що проживають в зонi впливу дороги.
В той самий час штенсивш темпи дорожнього будiв-ництва потребують пошуку альтернативних замiнникiв природних будiвельних матерiалiв для вирiшення проблем ресурсозбереження. Розробка ефективних проектiв та програм будiвництва й реконструкцii автомобiльних дорк iз застосуванням альтернативних матерiалiв — актуальна задача розвитку дорожнього будiвництва в умо-вах ринково'i економiки не тiльки в Украш, а й в усьому свт. Конструкцii дорожнього одягу з використанням вiдходiв е найбiльш технiчно та економiчно вигiдними для використання в будь-яких будiвельно-ремонтних роботах згiдно з «ДБН В.2.3-4-2000. Споруди транспорту. Автомобшьш дороги». Впровадження проектiв та програм будiвництва й реконструкцii автомобшьних дорiг iз застосуванням промислових вiдходiв призво-дить до пiдвищення рiвня екологiчноi безпеки внаслiдок мiнiмiзацii негативного впливу вiдходiв на навколиш-не середовище з одночасним збереженням природних матерiалiв.
2. Анал1з лгсературних даних та постановка проблеми
Дослвдження властивостей рiзних альтернативних матерiалiв як замiнникiв природних кам'яних матерiа-лiв в дорожньому будiвництвi проводились багатьма авторами.
Мiжнародний досвщ та основнi принципи практики забезпечення ефективного управлшня вiдходами На-щонально! дорожньо! агенцii Iрландii на вах етапах дорожнього будiвництва представлено в [2]. В робот визначено основи мiнiмiзацii впливу на довкiлля при будiвництвi та реконструкцii дорiг, використання ви-робничих вiдходiв як вторинного ресурсного матерiалу
Дослiдження екологiчноi небезпеки будiвельних вщ-ходiв в дорожньо-будiвельних проектах в районi Великого Джакарп [3] визначили види вiдходiв та 1х джерела. Результати показують, що домiнуючим видом вiдходiв, яю утворюються в будiвельних проектах е надлишок вiд розкопок Грунту, деревини i арматурних стержнiв. Дослiдження також показують ввдсутшсть можливостi управлiння фактором виробництва будiвельних вiдходiв, на що вказуе корелящя мiж вiдходами виробництва та управлшськими аспектами.
Використання рiзних видiв вiдходiв у дорожньому будiвництвi Грунтовно висвiтлюються в роботах В. Л. Коржова, Р. В. Бреуса, I. А. брмаково! [4-6].
Аналiз проблем утилiзацii вiдходiв промисловос-тi свiдчить, що дослiдження науковщв спрямованi на вивчення фiзико-хiмiчних властивостей основних видiв вiдходiв рiзних галузей промисловостг, розробку теоретично! бази формування штучних будiвельних матерiалiв i виробiв на основi вiдходiв рiзних галузей промисло-востi; розробку нормативно-техтчно! документацii на виготовлення i використання будiвельних матерiалiв з вiдходiв промисловость Т. Г. Данилова визначила тд-вищення екологiчноi безпеки при поводженш з вщхо-дами металургiйного виробництва через використання 1х для дорожнього будiвництва [7].
Дослiдження, проведенi на кафедрi екологii та безпеки життедiяльностi Нацiонального транспортного ушверси-
тету (В. Скорченко, В. Хрутьба, Л. Крюковська, [8, 9]), показали доцшьшсть використання вiдходiв металур-гiйного виробництва у дорожньому будiвництвi. Визначено, що важливими критерiями оцiнки екологiчноi безпеки використання шлаюв для будiвництва дорк е 1хня еколого-економiчна ефективнiсть.
За рахунок використання вiдходiв як вторинних матерiальних ресурсiв вирiшуються проблеми економп сировини, запобiгання забрудненню водойм, Грунту та повиряного басейну, збiльшення обсяпв виробництва деталей i виробiв, освоення випуску нових товарiв, використання вiдходiв для будiвництва дорiг. Однак всебiчноi оцiнки показникiв екологiчноi безпеки для проекпв застосування металургiйних шлакiв для дорож-нього одягу проводилось недостатньо. Отже, визначення показниюв пiдвищення рiвня екологiчноi безпеки при застосуваннi вiдходiв як дорожньо-будiвельних мате-рiалiв е актуальним.
3. 06'ект, мета I задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — еколопчна безпека проектiв дорожньо-будiвельноi галузi.
Проведет дослщження ставили за мету визначити показники екологiчноi безпеки проектiв використання вiдходiв як альтернативного дорожньо-будiвельного матерiалу для вибору конструкцп дорожнього одягу.
Для досягнення поставленоi мети в робот виршу-ються таю задачк
— визначити особливостi проекпв використання вiдходiв як матерiалу для дорожнього одягу;
— проаналiзувати показники екологiчноi безпеки вiдходiв металургiйного виробництва;
— охарактеризувати показники екологiчноi безпеки в проектах використання вiдходiв як альтернативного дорожньо-будiвельного матерiалу;
— розробити алгоритм конструювання дорожнього одягу iз зменшенням матерiаломiсткостi та енергоем-ност конструкцп на основi використання альтернативного матерiалу.
4. Методичш аспекти забезпечення еколопчно! безпеки в проектах дорожнього будавництва
4.1. Аналiз складових еколопчно! безпеки використання вщход1в як альтернативних матерiалiв для дорожнього будiвництва. Утворення великих обсягiв багатотоннажних вiдходiв видобувно^ металургiйноi, хiмiчноi та шших галузей промисловостi для будiвельних матерiалiв та конструкцiй пiдвищуе рiвень екологiчноi безпеки в ре-гюнах '¿х утворення. До таких вiдходiв вiдносяться шлаки металургiйноi промисловосп, зокрема металургiйнi шлаки, якi е вщходами металургiйного виробництва.
Процес виплавки чавуну i сталi супроводжуеться утворенням вiдходiв у виглядi скрапу, шламу, шлаку, залишюв вогнетривкоi цегли, смггтя, пилу. Небезпеку створюе забруднення земноi поверхнi вiдвалами шлакiв i кар'ерами, яю займають величезнi площi, забруднюють токсичними з'еднаннями Грунти, водний i повiтряний басейни.
Вiдповiдно до проведених дослщжень, використання металургiйних шлакiв як замшниюв природних кам'яних матерiалiв у дорожньому будiвництвi сприяе значному
вив1льненню земельних площ, як1 заинят1 шлаковими вщвалами, що дозволяе тдвишувати р1вень еколопч-но1 безпеки регюну. Зниження штраф1в металургшного комбшату за розмщення кожно1 тонни шлаку тдвищуе економ1чну ефектившсть виробництва [10].
Основними дорожньо-буд1вельними матер1алами е ка-м'яш (щебшь, щебенево-пщана сумш та ш.), яю отри-мують при видобуванш та переробщ природних прських порщ. Варпсть кам'яних матер1ал1в у складд дорожнього одягу сягае 50-60 %. Як свщчить багатор1чниИ досвщ буд1вництва дор1г, використання шлаюв чорно1 металургп дае можлив1сть: економити 700-2000 м3 кам'яних ма-тер1ал1в на кожному юлометр1 при буд1вництв1 автомо-бшьних дорщ збшьшити мщшсть та надшшсть дорожшх конструкцш; суттево знизити енергоемшсть дорожшх одяпв; спростити технолопю виконання роб1т; подовжи-ти буд1вельниИ сезон та знизити кошторисну варпсть буд1вництва дорожшх одяпв на 20-40 %. Замша природних матер1ал1в вщходами або поб1чними продуктами промисловост сприяе впровадженню ресурсозберкаючих технологш та зниженню вартосп дорожнього буд1вництва та збереженню природних ресурав держави [11].
Структурна модель визначення показниюв еколо-пчно1 безпеки при використанш в1дход1в як альтернативного матер1алу дорожнього одягу приведена на рис. 1. Модель визначае передумови зниження р1вня еколопчно! небезпеки внаслщок використання вщход1в металургшного виробництва як ресурсу для дорожнього буд1вництва та проанал1зувати тдходи для формування системи показниюв еколопчно! безпеки. Окремим блоком представлено мехашзм, якиИ дозволяе проводити розрахунок конструкцп дорожнього полотна з вико-ристанням металургшних шлаюв.
Визначення показниюв еколопчно! безпеки здшс-нюеться вщповщно принцитв запобкання забрудненню довюлля, м1шм1зацп в1дход1в, очищення спчних вод та утил1зацп, викид1в в атмосферу; принцитв техшки безпеки, в тому числ1 управлшня безпекою, безпеки обладнання та безпеки в буд1вництв1 [12]. Отже, забез-печення еколопчно! безпеки за рахунок використання вщход1в як альтернативних матер1ал1в для дорожнього буд1вництва може вщбуватися в двох напрямках:
— зниження piBM екологiчноi небезпеки вiдходiв металургiйного виробництва за рахунок ix використання як матерiалу дорожнього одягу (ДО);
— зниження рiвня екологiчноi небезпеки виснажен-ня природних ресурав за рахунок зниження рiвня використання природного кам'яного матерiалy 4.2. Проектний тдхщ для визначення еколопчно! безпеки використання вщходгв як матер1алу для дорожнього одягу. З точки зору проактивного управлшня цi задачi мають вирiшуватися у виглядi послiдовниx проектiв:
— надання вщходам властивостей як матерiалу ДО;
— безпосередне використання альтернативного ма-терiалу при будiвництвi, реконструкцп та ремонт дороги вiдповiдно до визначеноi конструкцп ДО. Перелiк цих завдань реалiзуeться послщовним виконан-
ням низки проекпв або портфелiв проектiв рiзними бiзнес структурами. Як визначено в [13, 14], одшею з головних проблем при впроваджент проектiв використання вiдxодiв як альтернативних матерiалiв у дорожньому будiвництвi е неузгодженiсть штереав та цiлей рiзниx учасникiв та знижуе ефективнiсть результатiв впровадження та не за-безпечуе необхщний рiвень екологiчноi безпеки.
Для розв'язання зазначеноi проблеми необxiдно роз-робити едину стратепю '¿х впровадження на основi визначення показникiв екологiчноi безпеки.
1нтегрований iндекс екологiчноi безпеки (1ЕБ) ви-значаеться як функцiя:
^ЕБ - f (Iшл, Iпр),
(1)
де 1шл — пiдвищення рiвня екологiчноi безпеки вiдxодiв металургiйного виробництва за рахунок забезпечення '¿х властивостей як матерiалу ДО; 1пр — тдвищення рiвня екологiчноi безпеки використання природного кам'яного матерiалу при будiвництвi, реконструкцп та ремонтi дороги вщповщно до визначеноi конструкцп ДО.
Одномiрна цiльова функцiя для оцiнки рiвня еко-логiчноi безпеки мае вигляд:
F (1еб) ^ max.
Металургшне виробншггво - + —
Вщходи
Дорожне буд1вннитво
Ресурси
Еколопчна небезпека вщ збклыиення втдходгв/ виробництва ! / Еколопчна небезпека в1д виснаження природних ресурсгв
Процес виплавки чавуну 1 стал1 супроводжуерся утворенням Е1ДХОД1В у вигляд1 скрапу, шламу, шлаку, за^йпшв вогнетривкоГ цегли. см1ття. 1шлу. Небезйеку Створюе забруднення земно! поверхю вщваламн ш.^аывЛ кар'ерамн, яп заимають величезш пчош!. забруднюфть/токсичннми з'еднаннями Грунта, водний \ пов1тряНий басейнн Основш дорожньо-буд1вельт матер ¡али - це кам'яш (щебгЕгь. шебенево-пшана сумпп та ш.). яш отримують при видобуванн1 та переробш природних прських порад. Вартгсть кам'яних матер1ал!в у склад! дорожнього одягу сягае 50-60%.
Пшвишення р1вня еколопчиоТ безпеки
за рахунок зменшення в1дход1в металургшного виробництва. що йдутъ у ввдвалн
Z1—t—N ' II 1
Пшвишення р1вня еколопчио! безпеки
за рахунок ресурсозбереження та зменшення використання природного
кам'яного матер ¡ал у
In
1. Яшсний та юльюсний аналгз вщход1в металургшного внробншгтва як альтернативного дорожнього материалу
2. Визначення структурн дорожнього материалу з внкорнстанням металургшних шлаюв
3. Розрахунок дорожнього полотна з використанням металургшного шлаку
Визначення показншав безпеки металургшного шпаку як альтернативного материалу ДО
Розрахунок конструкцп дор ожнь ого пол отна з
викор истанням метал ургшних шлаюв
Е кол ого -еко но Min на ефектившсть тдвшцення еколопчноГ безпеки при використанш металургшного шлаку як дорожнього матер1алу
Рис. 1. Структурна модель визначення показнитв еколопчно! безпеки при використанш вщходш як альтернативного матер1алу дорожнього одягу
(2)
Отже загальниИ р1вень еколопчно! безпеки, яка забезпе-чуеться розробкою та впровад-женням проекпв використання в1дход1в металургшних вироб-ництв мае набувати максимального значення.
5. Результати
дослщжень показниюв еколопчно! безпеки використання в1дход1в як альтернативного дорожньо-будавельного матер1алу
5.1. Показники еколопчно! безпеки вщход!в металург1йно-го виробництва. Як визначено Даниловою Т. Г. [7], юльюсть в1дход1в у металургшних ви-
робництвах залежить вщ структури сировини, рiвня розвитку технологй, який визначае CTyniHb використання як первинних, так i вторинних матерiальних ресурав, виду i якостi енергп, що використана в технологiчномy процесс ступеня зносу основного обладнання.
Шлаковi вiдходи впливають на здоров'я людей, як тих, що проживають в райош шлакових вiдвалiв, так i тих, хто за своею виробничою дiяльностi пов'язаний з переробкою шлаюв. Вплив шлакiв на здоров'я пра-цюючих пов'язаний з утворенням газiв, летких i парiв легкоплавких компоненпв, гарячо! пилу, високо! тем-ператури. Особливосп впливу шлакiв, що знаходяться в шлакових вщвалах на здоров'е населення носить як безпосереднш, так i опосередкований характер. Перший пов'язаний з впливом гарячого пилу, летких компоненпв i газiв при зливi шлаку у вщвал, постiйноï газацн вщвалу. А другий — з систематичним подрiбненням шлаку, видь ленням пилу, вторинноï газацн. Крiм того, шлак пщдаеться постiйномy впливу атмосферних процеав — вiтровiй ерозн, розмивання опадами, попаданням в поверхневий пригрунтовий шар, в rрyнтовi води, водоймища тощо.
Сyчаснi стратегй зниження екологiчноï небезпеки промислових та небезпечних вiдходiв спрямованi на визначення основних впливiв на довкiлля та здоров'я людини. Nelson L. Nemerow, Franklin J. Agardy запро-понували пiдхiд, що дозволяе визначити критерн рiвня екологiчноï безпеки для окремих видiв вiдходiв [15].
Особливiстю критернв оцiнювання рiвня екологiчноï безпеки вiдходiв металyргiйного виробництва е множина критернв, що залежить не тшьки вiд класу i концентрацн токсичних речовин, що мктяться у вiдходах, але й вщ '¿х-ньоï здатностi мiгрyвати в навколишне середовище (НС), потрапляючи з твердих вiдходiв у повiтря та воду
Шдвищення рiвня екологiчноï безпеки вiдходiв мета-лyргiйного виробництва (I^) визначаеться зниженням показника ступеня небезпеки вiдходiв (КЕБ^дходи ) для НС до i тсля впровадження проекту за формулою:
= Z K
(3)
КВ
'водойм _ lim 2 ЛКВ ^ 0;_
КВ5 - ГДКj ' ГДК s
(6)
де КВ; — концентрацiя ¿-о'1 шкiдливоï речовини в скидах в водоймище; ГДК ; — гранично допустима концентращя ¿-о'1 шкiдливоï речовини в скидах.
КАатмосф = lim 2 ЛКА ^0 ft
КА, - ГДКj ГДК s
(7)
де КА; — концентращя i-di шкiдливо¡ речовини у викидах в атмосферу; ГДК; — гранично допустима концентращя i-di шкiдливо¡ речовини.
Визначення р1вня небезпеки для здоров'я населення в робот [15] здшснюеться шляхом пор1вняння фактич-них р1вшв дози або концентрацн шкiдливо¡ речовини з безпечними (референтними) р1внями впливу та ви-значенням коефщента небезпеки:
AD AC
HQ = аб° HQ = RC,
(8)
де HQ — коефщент небезпеки;ЛД — середня доза, мг/кг;ЛС — середня концентращя, мг/м3; RfD — референтна (безпечна) доза, мг/кг•;RfC — референтна концентращя, мг/м3.
5.2. Показники еколопчно! безпеки при використанш вщходш як альтернативних матер1ал1в для дорожнього будшництва. Шдвищення р1вня екологiчно¡ безпеки використання природного кам'яного матер1алу при буд1в-ництв1, реконструкцн та ремонт дороги ввдповвдно до визнaчено¡ конструкцп ДО (1пр) забезпечуеться показ-никами екологiчно¡ безпеки складових частин проекту:
— використання металургшного шлаку як сировини для виготовлення дорожнього матерiалу•;
— переробка сировини в матерiал для формування дорожнього одягу;
— формування конструкцп дорожнього одягу.
де K — показники ступеня небезпеки окремих компонен-пв вщход1в для НС; а; — вaговi коефщенти небезпеки окремих компонентiв вщход!в (^а; = 1).
Показники ступеня небезпеки метaлургiйних вщхо-д!в K визначатися множиною критернв, яка враховуе небезпеки впливу вщход!в на НС:
Kj = {КГгрунти, КВв
КАатмосф, HQ},
(4)
де КГгрунти — критерш забруднення грyнтiв шлаковими вщвалами; КВводойм — критерiй забруднення водоймищ небезпечними стоками; КАатмосф — критерш забруднення атмосфери небезпечними викидами;HQ — критерш небезпеки для здоров'я населення.
КГ,
грунти "
(5)
де Sвi
S ■ —
^ пшпп
площа, яка зайнята шлаковими ввдвалами;
пiдпp — площа вае! територн пiдприемства.
1пр = ß1 ■ КЕ
+ ß2 ■ КЕБМ
- ß3 ■ КЕ
(9)
де КЕБсировина — кpитеpiй оцiнювання piвня екологiчноï безпеки використання металypгiйного шлаку як сировини для виготовлення дорожнього матер1алу;КЕБмате^.ш — показники екологiчноï безпеки використання металургшного шлаку як доpожньо-бyдiвельного матеpiалy; КЕБ — показники екологiчноï безпеки формування
^ипродукт ^r IT J
конструкцп дорожнього одягу; ß; — ваговi коефiцiенти окремих критернв (2ß; = 1).
Множина КЕБ
сис1
включае фyнкцiональнi (Кф),
технологiчнi (Ктехн) та економiчнi критерн (Ке
екол.-екон.
Ке
= {Кф, Ктехн, Кекол.-екон.}.
(10)
Функщональш показники (Кф ) характеризують най-вaжливiшi особливосп сировини як мaтерiaлу. До них вщносять морозостшюсть, мщтсть, стирaнiсть, стштсть структури проти розпаддв. Технологiчнi критерн (Ктехн), пов'язаш з можлимстю i простотою пщготовки мaтерiaлу —
S
зерновий склад, BMicT слабких зерен, BMicT глини в грудках, наявшсть домiшок металу та стороншх домь шок, насипна густина. До еколого-економiчних критерпв (Кекол-екон.) вщноситься клас за величиною ефективно! сумарно! питомо! активностi природних радюнуклдав.
КЕБм1ал враховуе сучаснi екологiчнi вимоги, сощаль-нi задачi, технiчний i технологiчний аспекти, а також економiчнi можливостi процесу переробки сировини в матерiал для формування дорожнього одягу.
Для будiвництва автомобiльних дорiг використо-вуеться металургiйний шлак з високими мщшсни-ми характеристики. Одними iз основними показникiв мiцностi шлакiв як дорожньо-будiвельного матерiалу е активнiсть (границя мщност при стиску зразкiв у водонасиченому сташ у вiцi 28 дiб, МПа) i стiйкiсть структури шлаюв проти розпаду. Цi показники знахо-дяться в безпосереднiй залежност вiд процентного вмк> ту в шлаках оксидiв кремнiю, алюмiнiю, кальщю, магнiю, залiза та iн. Оптимальна наявшсть вказаних оксидiв е основою при впровадженш технологiй будiвництва та реконструкцш автомобiльних дорiг з використанням шлаюв, осюльки мiцнiсть шлакiв регламентуе ту чи шшу конструкцiю дорожнього одягу
КЕБпродукт включае три групи критерпв (рис. 2):
— функщональш критерп, якi характеризують най-важливiшi показники реалiзацii функцiй дорожнього одягу;
— технолопчш критерй, пов'язанi з особливостями будiвництва ДО;
— еколого-економiчнi критерй, якi пов'язанi з пи-таннями позитивного чи негативного впливу на НС будiвництва ДО з використанням альтернативних матерiалiв та визначають економiчну доцiльнiсть реалiзацii конструкцй ДО.
Функщональш критерй е юльюсними характеристиками основних показниюв реалiзацii функцп ДО, серед яких найбiльш важливими е критерп мiцностi та довговiчностi конструкцй дорожнього одягу.
Конструкцiя дорожнього одягу вважаеться мщною, якщо коефщент мiцностi за кожним з критерпв бшьший чи дорiвнюе Кмц, знайденого з урахуванням необхщ-ного рiвня надiйностi проектованого дорожнього одягу Конструкщя дорожнього одягу вiдповiдае вимогам мщносп за критерiем пружного прогину, якщо вико-нуеться умова:
Е
K < —
лмц (пр) E
Е- по
(12)
де Кмц(пр) — коефщент мiцностi конструкцй ДО за критерiем пружного прогину; Езаг — загальний модуль пружност конструкцй, МПа; Епотр — потрiбний модуль пружностi конструкцй з урахуванням каттального одягу, типу покриття та штенсивносп дп навантаження, МПа.
При проектуванш дорожнього одягу забезпечуеться умова мщносп на зсувостшюсть ДО:
T
K - -ТР
-^•мц (зс) гр ?
(13)
де Кмц (зс) — коефщент мiцностi конструкцй ДО за кри-терiем зсувостiйкостi в rрунтi; Тгр — розрахункове активне напруження зсуву в розрахунковш точцi конструкцй вщ дiючого тимчасового навантаження; Т — гранична величина активного напруження зсуву, перевищення яко! викликае порушення.
У монолiтних шарах ДО з асфальтобетону, поль мерасфальтобетону, матерiалiв i rрунтiв, укрiплених комплексними i неорганiчними в'яжучими, та ш. — напруження, що виникають при прогинi одягу пiд дiею повторних короткочасних навантажень не повинш ви-кликати порушення структури матерiалу й призводити до утворення трщин, тобто повинна бути забезпечена умова мщносп на згин:
Kpirrepii
Л
Функшоналъш
uz
Технолопчн!
Крнтерш мщносп
Крнтерш довгов1чносп
на пружнш прогни
Еколого-екоиом1ЧН1
на
зсувостшюсть
Крнтерш трудомкгпсост! Крнтерш збереження прнродннх матер1ал1В
Крнтерш використання альтернативных матер1ал!в
Крнтерш витрат на дорожньо-буд1вельш матер1алн
Крнтерш внтратн енерги
K -
мц
Et
Ф
к<
-^•мц (згин) —
Pr
(14)
на згин монолшшх шарш
Рис. 2. Схема критерйв оцшки конструкцй' ДО
Kpumepiü M^nocmi дорожнього одягу Кмц розрахо-вуеться за формулою:
(11)
де Кмц (згин) — необхщний коефiцiент мiцностi з урахуванням заданого рiвня надiйностi; ЯЭТ — граничнодопустиме напруження розтягу матерiалу, шару з урахуванням втоми; ör — найбiльше напруження розтягу, у розглянутому шар!
Дорожнiй одяг розраховуеться з урахування на-дiйностi, тд якою розумiють ймовiрнiсть безвщмов-но! роботи конструкцй протягом усього перюду мiж капiтальними ремонтами. Коефiцiент надшносп Кн, визначае мiнiмальне значення коефщенту мiцностi Кмц, який ДО повинен мати до юнця термшу служби мiж капiтальними ремонтами, нормований в залежност вiд категорп дороги, типу ДО та покриття.
Критерш довговiчностi дорожнього одягу Кд роз-раховуемо за формулою:
де Еф — фактичний модуль пружност дорожнього одягу, МПа; Епотр — потрiбний модуль пружностi дорожнього одягу, МПа.
Мщшсть ДО оцiнюеться за критерiями на пружний прогин, на зсувостшюсть та на згин монолиних шарiв.
K - V,b кд -1Г,
(15)
де Vф, Vp — фактична i розрахункова швидюсть руху, км/год.
ö
r
р
J
Технологiчнi критерп, головним чином, забезпечують Bce6i4Hy економт працi при будiвництвi ДО i тдго-товцi його до експлуатацп. В свою чергу, технологiчнi критерп подшяються на: критерiй трyдомiсткостi та критерш використання альтернативних матерiалiв.
Критерш трyдомiсткостi ДО Кт дорiвнюe ввдношен-ню трyдомiсткостi шару основи Тшо. при бyдiвництвi дорожнього одягу до трудомшткосп всieï конструкцп Тк.д.о.:
T
Кт — T~
Т кт
(16)
де Тш.о. та Ткд.о. розраховуються за формулою, люд.-год.:
Тш.о. (Тк.д.о. ) — Троб. + Тмаш. , (17)
де Троб. — трудомштюсть робочих працiвникiв, люд.-год.; Тмаш. — трyдомiсткiсть машинiстiв, люд.-год.
Коефiцieнтy використання альтернативних матерiалiв Квитам. в конструкцп ДО визначаеться за формулою:
Кв,
Ma :Mк,
(18)
де Ma — об'ем альтернативного матерiалy визначаеться зпдно з ДСТУ Б Д. Д.2.2-27:2012 «Ресурсш елементнi кошториснi норми на бyдiвельнi роботи. Автомобiльнi дороги», м3; Мк — сумарний об'ем дорожно-бyдiвельних матерiалiв для всiеï конструкцп ДО, визначаеться зпдно з ДСТУ Б Д.2.2-27:2012 «Ресурсш елементнi кошторисш норми на бyдiвельнi роботи. Автомобшьш дороги», м3.
До еколого-економiчних критерпв вiдносяться кри-терiï використання альтернативних матерiалiв, витрат матерiалiв та габаритних розмiрiв.
Критерiй збереження природних матерiалiв Кз.п.м. визначаеться за формулою:
К3
Зм
0е.еф
(19)
де Зм — маса збережених природних ресурав, т; <2е.еф — маса всiеï конструкцп, т.
Критерш витрат на ДБМ Кв дорiвнюе вiдношенню вартостi матерiалy основи ДО (C), грн. до вартост всiеï конструкцп (Q), грн.:
C
Кв — Q ■
(20)
Критерiй витрати енергп визначаеться за формулою:
Кве — "
в„
Вк '
(21)
де Вшо. — витрати машин та механiзмiв, для шару основи, грн./год., Вк — витрати машин та механiзмiв для всiеï конструкцп, грн./год.
Таким чином, визначеш показники та критерп дозво-ляють визначити констрyкцiю дорожнього одягу, яка мае забезпечити мшмальний рiвень екологiчноï небезпеки за рахунок використання вiдходiв як альтернативного дорожньо-бyдiвельного матерiалy. Рiвень екологiчноï безпеки визначаеться показниками зниження юлькосп вiдходiв металургшних виробництв та критерiями при-датност металyргiйного шлаку як сировини, матерiалy та складовоï дорожнього одягу. Використання окремих критерпв оцшки екологiчноï безпеки для вибору опти-мальних для заданих умов конструкцш дорожнього одягу iз застосуванням альтернативних матерiалiв дозволяе тдвищити довговiчнiсть та ефективнiсть проектування, бyдiвництва i реконструкцй автомобiльних дорп.
6. Застосування результат1в досл1джень показнимв еколог1чно*1 безпеки
Зниження рiвня екологiчноï небезпеки забезпечу-еться рацiональним вибором тiеï чи iншоï констрyкцiï дорожнього одягу шляхом забезпечення покращення техшко-експлуатацшних показникiв, що е актуальним як на стадп проектування, так i на стадп бyдiвництва чи реконструкцп дороги. Вибiр конструкцп iз можливих варiантiв визначають як проект вибору того чи шшо-го способу полшшення показникiв дорожнього одягу. Метою проекту е конструювання ДО iз зменшенням матерiаломiсткостi та енергоемностi конструкцп. Го-ловним напрямом розв'язання цього завдання е опти-мiзацiя властивостей матерiалiв. Це особливо важливо для головних елеменпв дороги — шарiв ДО, оскшьки змiннiсть властивостей матерiалy в якомусь одному шарi може суттево вплинути на працездатшсть сyмiж-них шарiв i констрyкцiï загалом. Завдання оптимiзацiï зводиться до мiнiмiзацiï рiвня екологiчноï небезпеки за рахунок пiдборy матерiалy з необхiдними показниками мiцностi та модулем пружносп при мiнiмальних зве-дених витратах для всiеï конструкцп.
Задачi проекту включають:
— визначення методу проектування дорожнього
одягу;
— вибiр констрyкцiй дорожнього одягу;
— проектування конструкцш ДО з використанням
в основi традицшних матерiалiв;
— проектування конструкцш ДО з використанням
в основi альтернативних матерiалiв.
Вибiр чи iншоï конструкцп ДО для заданоï категорй дороги здiйснюеться на основi оцiнки функ-цiональних, технолопчних, екологiчних, та економiчних критерйв. 1нтегрований iндекс екологiчноï безпеки (/ЕБ) дозволяе оцшити рiвень екологiчноï безпеки вибраноï конструкцп.
На першому етапi, на основi оцiнки показникiв еко-логiчноï безпеки вiдходiв металyргiйного виробництва та показниюв екологiчноï безпеки в проектах використання вiдходiв як дорожньо-бyдiвельного матерiалy, визнача-ються критерп властивостей ДО у визначених умовах.
Шсля аналiзy iснyючих констрyкцiй ДО виконуеться '¿х систематизацiя i формуються стрyктyрнi схеми ДО як можливi варiанти ршення. Вибiр конструкцй ДО для визначеноï категорiï дороги починаеться з вибору констрyктивноï реалiзацiï схеми ДО, яка може бути виконана шляхом застосування традицшних чи з використанням альтернативних матерiалiв.
В блоках 7-9 здшснюеться оцшка пе! чи шшо! конструкцп ДО за визначеними функцюнальними, технолопчними та еколого-економ1чними критерГями. Попм здшснюеться штегральна оцшка властивостеИ ДО.
Зворотш зв'язки показують, що ршення щодо вибору пе! чи шшо! конструкцп ДО може бути приИнято за результатами оцшки окремих властивостеИ або тсля виконання окремих та штегрально! оцшок конструкцГ!.
Отже, для виконання еколого-економ1чного оцшю-вання конструкцш дорожнього одягу за показниками еколопчно! безпеки потр1бно:
— визначити основш критерп оцшки властивостеИ дорожнього одягу;
— систематизувати конструкцГ! дорожнього одягу;
— виконати виб1р конструкцш дорожнього одягу для визначено'! категорп;
— розрахувати вибраш конструкцГ! зпдно з ВБН В.2.3-218-186-2004;
— виконати оцшювання конструкцш дорожнього одягу за груповими та штегральним критер1ем;
— вибрати рацюнальну конструкцш дорожнього одягу.
За результатами експериментальних дослщжень та математичного моделювання процесу за допомогою ш-тегрального критерш оцшки еколопчно! безпеки розро-блено конструкцГ! дорожнього одягу з використанням металургшних шлаюв. Вм1ст металургшного шлаку в запропонованих конструкцГях дорожнього одягу до-сягае 30-40 %.
Визначеш особливост технологГ! дорожнього буд1в-ництва з врахуванням задач! тдвищення р1вня еколопчно! безпеки на основ! системного тдходу дозволили розробити методику оцшювання р1вня еколопчно! безпеки в проектах використання шлакових матер1ал1в заметь природних в конструкцГях дорожнього одягу. Розрахунок економ1чно! ефективносп цих проекпв за-сновано на визначенш р1знищ у вартосп близьких або р1вних по якосп кшцевих продукпв, виготовлених ¿з застосуванням шлакових 1 традицшних матер1ал1в (на-приклад, шлакопортландцемент 1 портландцемент, ке-рамзитобетон 1 шлакопемзобетон, бетон на шлаковому И природному щебеш).
Розрахунок економ1чного ефекту вщ використання в дорожньому буд1вництв1 шлакового щебеню заметь природного грашту проводився для буд1вництва авто-мобшьно! дороги 1-1 категорГ! Ки!в-Одеса на д1лянщ довжиною 1 км з двома смугами руху шириною 7,5 м в обох напрямках та шириною про!зно! частини 15 м, товщиною конструктивного шару з доменного вщваль-ного шлаку 0,2 м, товщиною шару з гранГгного щебеню 0,15 м. Економ1чниИ ефект проекту використання в дорожньому буд1вництв1 шлакового щебеню заметь природного грашту становить 635-655 тис грн. проводився при буд1вництв1 автомобшьно! дороги Ки!в-Одеса.
7. Висновки
Особлив1стю проекпв використання в1дход1в як ма-тер1алу для дорожнього одягу е необхщшсть виршення двох послвдовних задач р1зними б1знес-структурами. Надання вщходам властивостеИ дорожнього-буд1вель-ного матер1алу е задачею металургшного комбшату, а безпосередне використання альтернативного матер1алу для буд1вництва, реконструкцГ! та ремонту дороги вщ-
повiдно до визначено! конструкци дорожнього одягу ре-алiзуeться дорожньо-будiвельним пiдприeмством. Отже, оцшка рiвня екологiчноi безпеки проекту в цГлому [16] здiйснюeться за штегрованим iндексом екологiчноi безпеки (/ЕБ), який е функцiю вiд показникiв екологiчноi безпеки обох складових проекту.
Аналiз показникiв екологiчноi безпеки вiдходiв ме-талургiйного виробництва дозволив визначити множину критерпв, що залежить ввд класу i концентрацп токсич-них речовин, як мiстяться у вщходах, та '!хньо'! здатнос-тi мнрувати в навколишне середовище, потрапляючи з твердих вiдходiв у повiтря та воду
Шдвищення рiвня екологiчноi безпеки використання природного кам'яного матерiалу при будiвництвi, реконструкцГ! та ремонт дороги вГдповГдно до визначено'! конструкци дорожнього одягу забезпечуеться функцю-нальними, технолопчними та еколого-економiчними показниками металургшного шлаку як сировини та як матерiал для формування дорожнього одягу Визначено, що оптимальний вмГст металургшного шлаку в запропонованих конструкцГях дорожнього одягу досягае 30-40 %.
Визначення штегрованого показника екологiчноi безпеки проекту дозволяе забезпечити ви6Гр конструкцп дорожнього одягу Гз можливих варiантiв, що здшсню-еться вщповщно розробленого алгоритму конструювання дорожнього одягу Гз зменшенням матерГаломГсткостГ та енергоемносл конструкци на основГ використання альтернативного матерГалу.
Сформована система критерпв оцшки конструкцп дорожнього одягу дозволила розробити методику оцшювання рГвня екологiчноi безпеки в проектах використання шлакових матерГалГв замГсть природних в конструкцГях дорожнього одягу. ЕкономГчний ефект проекту використання в дорожньому будГвництвГ шлакового щебеню замГсть природного грашту проводився при будГвництвГ автомобiльноi дороги Киiв-Одеса та становить 635-655 тис грн.
Лггература
1. Концепщя реформування системи державного управлшня автомобГльними дорогами загального користування [Елект-ронний ресурс]: Розпорядження Кабшету МшютрГв Украiни вщ 31.03.2015 р. № 432-р. — Режим доступу: \www/URL: http://www.environ.ie/en/Publications/Environment/Waste/ WasteManagement/FileDownLoad,1481,en.pdf
2. Best Practice Guidelines on the Preparation of Waste Management Plans for Construction & Demolition Projects [Electronic resource]. — June 2006. — Available at: \www/URL: http://www.environ.ie/en/Publications/Environment/Waste/ WasteManagement/FileDownLoad,1481,en.pdf
3. Elkhobar, N. Identification of construction waste in road and highway construction projects [Text] / N. Elkhobar, Z. Denanda, T. Bambang // The Eleventh East Asia-Pacific Conference on Engineering and Construction. — Taipei, Taiwan, 2008. — Р. 1-7.
4. Коржов, В. Л. Обгрунтування параметрГв i технологи буд1в-ництва прських люових автодорГг з використанням вщходГв виробництва [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.01 / В. Л. Коржов; Украшський люотехшчний ун-т. — ЛьвГв, 1994. — 30 с.
5. Бреус, Р. В. Зниження об'емГв вщходГв водоочищення — осадГв спчних вод, шляхом !х утилГзацп в асфальтобетон [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 21.06.01 / Р. В. Бреус; Укр. НД1 екол. пробл. — Х., 2007. — 21 с.
6. брмакова, I. А. Особливосп динамГчного ущГльнення грун-тових сумшей з використанням вщходГв прничого виробництва — «хвостГв» [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.02 / I. А. брмакова; Полтавський нацюнальний техшчний ун-т ¡м. ЮрГя Кондратюка. — Полтава, 2005. — 151 с.
ISSN 222Б-3780
технологии пищевой, легкой и химической промышленности
7. Данилoва, Т. Г. ^abime^e экoлoгичecкoй бeзoпаcнocxи при oбpащeнии c oxхoдами мexаллypгичecкoгo пpoизвoд-cxва [Тeкcx]: диc. ... канд. тeхн. наyк: 21.06.01 / Т. Г. Данилoва; Нац. гopн. ун-т. — Маpиyпoль, 2004. — 200 с.
S. Хpyтьба, В. О. Aналiз eкoнoмiчнoï eфeкxивнocxi пpoeкxiв викopиcтання мexалypгiйних mлакiв y дopoжньoмy бyдiвни-цxвi [Тeкcx]: зб. наyк. пр. / В. О. Хpyтьба, Л. I. Крюк^в^ка // Вчeнi записи. — Кшв: IEП «КРОК», 2009. — С. 229-234.
9. Cкopчeнкo, В. Ф. Poзpoбка xeхнiчних заа^в i зaхoдiе, щo зaпoбiгaюxь зaбpyднeнню пoеixpянoгo бaceйнy aвxoмoбiль-нo-дopoжньoю iнфpacтpyктypoю [Тeкcx]: aеxopeф. диc. ... д-ра тeхн. нayк: 05.26.04 / В. Ф. Cкopчeнкo; HAH Украши, ^титут газу — К., 1995. — 44 c.
1Q. Cкopчeнкo, В. Ф. Знeпилeння rpyнxoеих i щeбeнeвих дo-poжнiх пoкpиxxiе [Тeкcx] / В. Ф. Cкopчeнкo // Бeзпeкa жиxxeдiяльнocxi. — 2005. — № 1. — С. 5-9.
11. Poзpoбкa тeхнoлoгiй пoеoджeння з еiдхoдaми в xpaнcпopx-нo-дopoжньoмy кoмплeкci [Тeкcx]: Звiт npo еикoнaння нау-кoеo-дocлiднoï poбoти / Дepжбюджexнa xeмa № 76 № дepж-peecxp. 0107U009610; Mm^o ocеixи Украша, Haцioнaльний xpaнcпopxний yнiвepcитeт. — К., 2008. — 110 c.
12. Woodside, G. Environmental, Safety, and Health Engineering [Text] / G. Woodside, D. Kocurek. — John Wiley & Sons, 1997. — 580 p.
13. Хpyтьбa, В. О. Meтoдoлoгiчнi ocнoви yпpaвлiння eкoлoгiч-ними пpoeктaми та пpoгpaмaми [Тeкcx]: диc. ... дoкт. xeхн. нayк: cпeц. 05.13.22 / В. О. Хpyтьбa; ^ц^ал^ий тран-cпopxний yнiеepcиxex. — К., 2014. — 368 c.
14. Хpyтьбa, В. О. Пiдеищeння piвня eкoлoгiчнoï бeзпeки в пpoeкxaх викopиcтaння мexaлypгiйних mлaкiе в дopoж-нюму бyдiеницxеi [Тeкcx]: мaxep. I Miжн.нayк.-пpaкт. кoнф. «Eкoлoriчнa бeзпeкa як ocнoвa cxaлoгo poзеиxкy cycпiльcxеa», 29-30 лтет. 2012 р. / В. О. Хрутьба, Л. I. Крюк^в^ка. — Л^в, 2012. — С. 367-368.
15. Nelson, L. Strategies of Industrial and Hazardous Waste Management [Text] / L. Nelson, J. Nemerow. — Wiley & Sons, 1998. — 748 p.
1G. Pyдeнкo, С. В. Пpoeктнo-opиeнтиpoвaннoe yпpaвлeниe co-cтoяниeм oкpyжaющeй cpeды в xeppиxopиaльных экoлoгo-экoнoмичecких cиcxeмaх [Тeкcx]: диc. ... дoкт. xeхн. наук: 05.13.22 / С. В. Pyдeнкo; Одeccкий нaциoнaльный мopcкoй yнивepcиxex. — Одecca, 2011. — 331 с.
определение показателей экологической безопасности проектов использования отходов как дорожно-строительного материала
Представленная система показателей экологической безопасности для проектов использования отходов для дорожного строительства на примере использования металлургического шлака для дорожной одежды. Определены показатели экологической безопасности отходов металлургического производства и показатели экологической безопасности в проектах использования отходов в качестве альтернативного дорожно-строительного материала. Разработан алгоритм конструирования дорожной одежды с уменьшением материалоемкости и энергоемкости конструкции.
ключевые слова: экологическая безопасность, проект, автомобильная дорога, дорожное покрытие, металлургический шлак, отходы.
Хрутьба Вiкторiя OMeKcaHdpisHa, доктор техшчних наук, доцент, кафедра екологп та безпеки життeдiяльностi, Нащо-нальний транспортний утверситет, Кигв, Украгна, e-mail: [email protected].
Вайганг Ганна Олександpiвна, кандидат техтчних наук, кафедра екологп та безпеки життeдiяльностi, Нацюнальний транспортний утверситет, Кигв, Украта, e-mail: [email protected]. Крюковська Леся 1ватвна, старший викладач, кафедра екологп та безпеки життeдiяльностi, Нацюнальний транспортний утверситет, Кигв, Украта, e-mail: [email protected].
Хрутьба Виктория Александровна, доктор технических наук, доцент, кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный транспортный университет, Киев, Украина. Вайганг Анна Александровна, кандидат технических наук, кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный транспортный университет, Киев, Украина. Крюковская Леся Ивановна, старший преподаватель, кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности, Национальный транспортный университет, Киев, Украина.
Khrutba Viktoriia, National Transport University, Kyiv, Ukraine, e-mail: [email protected].
Weigang Ganna, National Transport University, Kyiv, Ukraine, e-mail: [email protected].
Krukovskaja Lesja, National Transport University, Kyiv, Ukraine, e-mail: [email protected]
