Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Вероятностная ОЦЕНКА экологического РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ геосфер отходами ЖКХ

 

В процессе функционирования предприятий строительного комплекса и ЖКХ возникают факторы риска, обусловленные воздействием этих предприятий на компоненты окружающей среды (атмосферу, почву, поверхностные и подземные воды). Кроме твердых коммунально-бытовых и строительных отходов, о которых исследований и публикаций очень много, в тени остаются проблемы жидких отходов ЖКХ и риски, связанные с ними.

Так, среди общих проблем водоотведения в Ленинградской области выделяются такие, как отсутствие в Санкт-Петербурге централизованной системы водоотведения, отсутствие в ряде населенных пунктов систем водоотведения, сброс неочищенных стоков на рельеф, либо в водоемы, высокая степень износа существующих сетей и сооружений систем водоотведения, несоответствие существующих технологий очистки сточных вод современным нормативным требованиям, нерешенность вопросов обработки осадков сточных вод и их утилизации. Очень высокую долю в загрязнение поверхностных водоемов вносят ЖКХ городов Выборг, Колпино, Павловск.

По данным портала НИА-Природа из общего объема сброса сточных вод в водные объекты города 95% составляют загрязненные сточные воды. По объему загрязненных сточных вод г. Санкт-Петербург занимает второе место среди субъектов Федерации - на его долю приходится 6% общероссийского объема сброса сточных вод данной категории.

Основным "поставщиком" загрязненных сточных вод, как уже отмечено, является ЖКХ, с очистных сооружений которого сбрасывается более 1115,15 млн. м3, или 90% городского объема сброса.

Практически все водные объекты Ленинградского региона, за исключением р. Свирь, интенсивно загрязнены и относятся по уровню антропотехногенной нагрузки к источникам III степени санитарной опасности. Вода в большинстве водных объектов Ленинградской области оценивается как загрязненная по многим физико-химическим, биологическим и органолептическим по­казателям, что связано с высокой техногенной нагрузкой на окружающую среду, в ча­стности со сбросом загрязненных или недостаточно очищенных сточных вод в поверх­ностные воды региона. Особую опасность представляют недостаточно очищенные сточные воды, сбрасываемые в такие природные водные объекты, как реки Нева, Луга, Вуокса, Плюса, Свирь и Волхов, являющиеся источниками хозяйственно-питьевого во­доснабжения.

Качество воды водоемов, используемых для питьевого водоснабжения (I катего­рия) и для рекреационных целей (II категория) по санитарному состоянию, как и в преды­дущие годы, продолжает оставаться неудовлетворительным. Положение с отведением сточных вод от населённых мест Ленинградской области в настоящее время признается неблагополучным. Под контролем Управления Роспотребнадзора на тер­ритории области находится 361 КОС, из которых на 123 (34%) фактически осуществляется только механическая очистка стоков. Через канализационные очистные сооружения про­пускается около 65 млн. м3 в год сточных вод, из которых более 50% по степени очистки не отвечают санитарным требованиям, порядка 8% сточных вод отводятся в водные объек­ты или на рельеф практически без очистки, так как часто КОС находятся в заброшенном, неисправном или разрушенном состоянии.

Наибольшие объёмы сточных вод с весьма низкой степенью очистки от неисправ­ных очистных сооружений отводятся в Волховском, Лужском, Тосненском, Ломоносов­ском, Всеволожском, Приозерском, Выборгском, Кировском, Гатчинском районах [1].

Источниками загрязнения прибрежных вод морей по-прежнему остаются неэф­фективные канализационные сооружения, неочищенные ливневые стоки, а также сточные воды с неканализованных населен­ных пунктов и оздоровительных учреждений, неудовлетворительные по санитарно-техническому состоянию глубоководные выпуски.

Отмеченные проблемы и создают геоэкологический риск загрязнения поверхностной гидросферы в районе населенных пунктов. Учет рисков необходим, прежде всего, при формировании механизмов, обеспечивающих устойчивое развитие градостроительной деятельности и жилищного хозяйства и регулирующих природоохранную деятельность.

Известно, что одной из наиболее эффективных моделей оценки риска является вероятностная модель. Ранее [2] нами предлагалось в качестве критерия, обеспечива­ющего усредненную вероятностную оценку степени загрязнения окружающей среды, исполь­зовать интеграл от функции распределения концентраций загряз­няющих веществ, взятый в пределах от ПДК каждого вещества до максимального значения концентраций.

Позже [3], учитывая, что закон распределения вредных эле­ментов в атмосфере, гидросфере или почве чаще всего близок к нормальному (симметричен), для аппроксимации плотности веро­ятностей распределения вредных содержаний было предложено использовать рас­пределение Вейбулла, которое позволяет описать основные виды распределений (от правоасимметричных, до нормальных и левоасимметричных) [4].

Исходя из этого положения критерий оценки риска загрязнения j-тым веществом имеет вид:

доли ед. (1)

где bj и mj - параметры распределения Вейбулла для j-того вредного вещества; Sj - среднее значение концентрации j-того вредного вещества в окружающей среде в заданном (оцениваемом) временном интервале.

Формула (1) показывает вероятность превышения ПДК j-того загрязняющего вещества при изменчивости во времени его концентрации по закону Вейбулла с параметрами b и m, т.е. риск превышения предельных норм,

Конкретные значения, получаемые из зависимости (1), являются вероятностными величинами, т.е. характеризуют вероятность экологического риска в зависимости от изменчивости различных загрязняющих веществ и абсолютной (средней) величины показателя загрязнения компонента ОС. Для вычисления риска необходимо знать только среднее значение показателя загрязнения по различным источниками в конкретном промежутке времени и его коэффициент вариации по этим источникам или в этом же отрезке времени. Данный критерий, изменяющийся от 0 до 1 (или от 0 до 100%), позволяет в удобной форме производить оценку рис­ков загрязнения компонентов ОС в зоне действия любых предприятий, в том числе и ЖКХ.

С целью адаптации данного подхода к оценке риска загряз­нения различных компонен­тов окружающей среды (атмосфера, вода, почва) используем вы­ражения для комплексного и суммарных показателей загрязнения компонентов окружающей среды.

При оценке загрязнения атмосферного воздуха исполь­зуется комплексный показатель (Р = ZА), определяемый по формуле [5]:

(2)

где - квадрат нормированной по ПДК концентрации i-го ве­щества, приведенной к таковой концентрации вещества 3 класса опасности; i - номер вещества; m - количество загрязняющих веществ.

(3)

где СiA - концентрация i-го загрязняющего вещества в атмосфере;

ПДКiA - предельно допустимая концентрация этого вещества.

Приведение концентраций различных веществ, нормирован­ных по ПДК, к концентрациям веществ 3-го класса опасности осу­ществляется согласно формуле:

(4)

где j - класс опасности; n - коэффициент изоэффективности: для 1 класса – n = 2,3; для 2 класса - n = 1,3; для 3 класса – n = 1 и для 4 класса n = 0,87 (при величинах концентраций, нормированных по ПДК, выше 2,5 для 1-го класса, выше 5,0 - для 2-го класса, выше 8,0 - для 3-го класса и выше 11,0 - для 4-го класса приведение к 3-му классу осуществля­ется путем умножения значений концент­раций, нормированных по ПДК, соответственно на 3,2; 1,6 и 0,7).

Загрязнение почвенного покрова оценивается по суммарному показателю химического загрязнения ZП, который характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий и определяется как сумма коэффициентов концентраций отдельных загрязняющих веществ по формуле [6]:

(5)

где n - число загрязняющих веществ (ЗВ), определяемых в почве; Ккi - коэффициент концентрации i-го ЗВ, равный частному от деления массовой доли этого ЗВ в загрязненной почве на его значение в «фоновой» почве для тяжелых металлов. Для загряз­няющих веществ неприродного происхождения коэффициент кон­центрации определяют как частное от деления массовой доли ЗВ на его ПДК.

Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов применяется суммарный показатель хи­мического загрязнения (ZВ = ПХЗ10), определяемый по формуле [7]:

(6)

где ПДКiB - предельно допустимая концентрация i-го ЗВ в водо­емах рыбохозяйственного назначения; СiB, - концентрация химических веществ в воде.

Для химических веществ, по которым «относительно удов­летворительный» уровень загрязнения вод, отношение концент­рации i-го ЗВ и его ПДК условно принимается равным 1.

Согласно данным [6, 7] экологическая обстановка классифи­цируется по возрастающей степени экологического неблагополу­чия как допустимая (относительно удовлетворительная), опасная (напряженно-критическая), кризисная (чрезвычайная) и катастро­фическая (бедственная). Для конкретных значений ZА, ZП и ZВ эта градация приведена в табл. 1.

Таблица 1

Градация экологического состояния ОС по степени загрязнения атмосферы (ZА), гидросферы (ZВ) и почвы (ZП)

 

№ п/п       Наименование параметров     Экологическое состояние ОС
Допустимое (Z1) Опасное (Z1 -Z2) Кризисное (Z2 - Z3) Катастрофическое (Z3)
1. Комплексный показатель загрязнения атмосферы (ZА) 1 вещество 2-4 вещества 5-9 веществ 10-16 веществ 16-25 веществ         1-8 2-16 3-32 4-48 5-64     8-16 16-32 32-48 48-64 64-80     более 16 более 32 более 48 более 64 более 80
2. Суммарный показатель загрязнения почв (ZП) менее 16 16-32 32-128 более 128
3. Суммарный показатель загрязнения водных объектов (ZВ) 1-2 класс опасности ЗВ 3-4 класс опасности ЗВ     1-35 10-100   35-80 100-500   более 80 более 50
                 

 

Допустим, что известна функция плотности распределения показателя загрязнения компонента природной среды (рис.1), ко­торую выразим через φ(Z). Экологическое состояние окружающей среды (ОС) в зависимости от значения Z будет соответствовать:

допустимому, если Z < Z1 ,

опасному, если Z1< Z < Z2 ,

кризисному, если Z2 < Z < Z3 ,

катастрофическому Z > Z3.

 

Z

 

Рис. 1 - График функции плотности распределения показателя загрязнения окружающей среды

 

Интеграл из функции плотности распределения в границах от 0 до + ∞ представляет собой площадь под кривой плотности распределения Z и равен 1. Очевидно, что интеграл, взятый в пределах от Z1 до + ∞, т.е. в интервале значений, превышающий допустимый уровень загряз­нения компонента ОС, равный Z1 и будет представлять собой ве­роятность опасного загрязнения или риск такого загрязнения. Графически - это заштрихованная площадь S2 под кривой функ­ции плотности распределения Р = φ (Z). Причем S2<1, а S1+S2 = 1. Соответственно, пределы интегрирования от Z2 до ∞ опре­делят риск превышения кризисного уровня загрязнения, а взяв интеграл в пределах от Z3 до ∞, получим риск катастрофи­ческого загрязнения компонента ОС.

В общем виде геоэкологический риск опасного загрязнения ком­понента ОС определится из выражения:

(7)

где φ(Z) - функция плотности распределения показателязаг­рязнения; Zгр- граничное значение Z для различных уровней загрязнения (Zгр= {Z1, Z2, Z3,}).

Как отмечено выше, наиболее полно распределение пока­зателя загрязнения компонента ОС (Z) описывает закон распре­деления Вейбулла с параметрами b и m, зависящими от матема­тического ожидания Z и его коэффициента вариации, т.е. измен­чивости Z в годовом или многолетнем разрезе, или по различным источникам загрязнения:

. (8)

Подставив вместо φ(Z) в формулу (7) выражение (8) и взяв интеграл в указанных пределах, получим:

а) риск опасного загрязнения:

, доли ед. (9)

б) риск кризисного загрязнения:

, доли ед. (10)

в) риск катастрофического загрязнения:

, доли ед. (11)

где М(Z) - математическое ожидание или среднее значение Z в оцениваемом периоде; b и m- параметры распределения Вейбулла, находятся из таблиц в зависимости от коэффициента вариации Z [4].

Следует отметить, что в формулах оценки риска кроме по­казателя загрязнения (Z) могут быть использованы и другие нор­мативные и лимитирующие параметры, например ПДК химичес­ких веществ в различных средах, ИЗА, ИЗВ, уровень радиационного загряз­нения почв, превышение регионального уровня минерализации водных ресурсов и т.п.

Таким образом, конкретные выражения полученных зависи­мостей (9-11) являются вероятностными величинами, т.е. харак­теризуют вероятность геоэкологического риска в зависимости от ин­тенсивности различных источников загрязнения предприятий ЖКХ и абсолютной (средней) величины показателя заг­рязнения компонента ОС. Для вычисления риска необходимо знать только среднее значение Z по различным источникам загрязне­ния или в конкретном промежутке времени и коэффициент вариа­ции показателя загрязнения по этим источникам или в этом же отрезке времени. Данный критерий, изменяющийся от 0 до 1 (или от 0 до 100%), позволяет в удобной форме производить оценку рисков загрязнения компонентов ОС в зоне действия любых предприятий.

Приведем пример реализации предлагаемой методики. На основе анализа данных опробования поверхностных вод в зоне влияния одного из предприятий ЖКХ Северо-Западного региона установлены основные загрязнители водной среды (сульфаты, хлориды, азот аммония, железо, магний, медь, свинец и цинк). Определены индексы загрязнения вод (ИЗВ) для периода с 1997 по 2005 гг., величина которых неравномерна и изменяется от 1,78 до 38,67 (табл. 2).

Таблица 2

Значения ИЗВ в зоне влияния предприятия

 

 

 

 

 

 

 

 

№ п/п Годы ИЗВ М(ИЗВ) σ V
2.20 8,25 12,01 1,46
2.60
2.14
1.78
13.8
2.97
5.84
4.25
38.67

 

Вычислены также статистические характеристики: среднее значение М(ИЗВ), стандарт (σ) и коэффициент вариации (V).

Тогда для нашего случая (V= 146%) параметры закона Вейбулла будут равны: b = 1,26 и m = 0,702 (по таблицам специальных функций), а значения риска составят:

а) умеренного (опасного) загрязнения

(12)

б) высокого (кризисного) загрязнения

(13)

в) чрезвычайно высокого (катастрофического) загрязнения

(14)

 

Характер изменения риска различной степени загрязнения поверхностных вод в зависимости от средних значе­ний индекса загрязнения показан на рис. 2.

Рисунок 2. Изменение геоэкологического риска загрязнения гидросферы в зависимости от средних значений ИЗВ (при постоянной изменчивости)

 

Расчеты также показывают, что уменьшение изменчивости ИЗВ в 2 раза (в частности, при постоянном среднем значении, равном 4,0) повышает на 24% риск умеренного загрязнения и снижает на 6% (абсол.) риск чрезвычайно высокого загрязнения поверхностных вод.

Ввиду того, что одним из наиболее существенных факторов загрязнения водной среды является поступление тяжелых металлов, например, меди, то при снижении только ее содержания в два раза геоэкологический риск чрезвычайно высокого загрязнения понизится с 0,26 до 0,169, т.е. на 6% абсолютных или на 35% относительных.

Таким образом, приведенные расчеты показывают работоспособность предлагаемого методологического подхода и конкретных вероятностных аналитических зависимостей, возможность моделирования и прогнозирования экологического риска загрязнения геосфер Земли предприятиями строительного комплекса и ЖКХ.

Литература

1. Доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в Ленинградской области в 2009 году / Управление Роспотребнадзора по Ленинградской области. – СПб, 2010. – 255 с.

2. Уманец В.Н., Троссихин Г.Б. Вероятностный критерий оценки степени загрязнения окружающей среды – В кн.: «Новое в охране труда и окружающей среды», Алматы: АИЭиС, 1998, с. 49-51.

3. Уманец В.Н., Алдерзин М.Т., Когут А.В. Методический подход к оценке экологического риска при различной степени загрязнения поверхностных вод // Вестник КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006, №2, с. 77-93.

4. Базанов ГА. Применение функции Вейбулла для оценки вероятностей содержаний в рудных месторождениях // Труды Иркутского политехнического ин-та, 1965, вып.23. ч.2, с.72-81.

5. Пинигин М.А., Авалиани С.Л., Рябова ГА. Комплексные гигиенические критерии оценки загрязнения атмосфер­ного воздуха - В кн.: «Состояние и перспективы развития гигиены окружающей среды. - М., 1985, с. 89-91.

6. РНД 03.3.0.4.01-95 «Методические указания по оценке влияния на окружающую среду размещенных в накопи­телях производственных отходов, а также складируемых под открытым небом продуктов и материалов».

7. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуа­ции и зон экологического бедствия. - Утв. Министром ох­раны окружающей среды и природных ресурсов РК 30.11.92 г., 1992. – 58 с.

 

 

ЗАЯВКА

на предоставление материалов статьи в журнал

«Научно-технические ведомости СПбГПУ»

Фамилия Уманец Владимир Николаевич
Имя
Отчество
Место работы Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Должность, уч. степень, уч. звание Профессор кафедры гражданского строительства и прикладной экологии, д.т.н., профессор
Почтовый адрес (рабочий) 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, гидрокорпус 2, ком. 408.
Почтовый адрес для отправки журнала Тот же
Телефон раб. 297-59-28 (кафедра)
Телефон дом. контактного лица 595-04-83
Телефон моб. контактного лица 8-963-340-59-92
Факс нет
E-mail контактного лица: umanets49@mail.ru
Раздел, наименование и объем статьи Раздел 8 (или 7 ?) серии «Наука и образование». Вероятностная оценка геоэкологического риска загрязнения геосфер отходами ЖКХ – 12 стр.
Общее количество заказываемых журналов 2
Номер журнала Прошу разместить статью в журнале №3 2010 г. Если есть возможность, то во втором номере.
Прочее (предложения, пожелания, рекомендации и др.)  

 

 

Сведения об авторах

 

1. Уманец Владимир Николаевич - Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, ИСФ, кафедра Гражданского строительства и прикладной экологии, профессор, доктор технических наук, иностранный член Академии горных наук РФ, академик Международной академии информатизации.

 

 

Аннотация

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.