Разработка требований к оборудованию для защиты окружающей среды на основе геоэкологического моделирования

Современная экологическая обстановка в России характеризуется значительной антропогенной нагрузкой на окружающую среду (ОС). Во многих промышленно развитых регионах страны содержание загрязняющих веществ в воздухе и воде значительно превышает предельно допустимые концентрации, установленные нормативными актами (экологическими стандартами).

Руководство Российской Федерации придает важное значение оздоровлению экологической обстановки в стране в целях создания благоприятных условий жизнедеятельности граждан, на что указывают соответствующие документы в виде доктрин и постановлений. Так, в утвержденном Д.А. Медведевым 30 апреля 2012 года документе, называемом «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года», указывается на необходимость реализации следующих стратегических установок:

– стимулирование проведения научных и опытно-конструкторских работ в области охраны окружающей среды, ресурсосбережения и обеспечения экологической безопасности;

– внедрение и применение малоотходных и ресурсосберегающих технологий и оборудования [1].

Магистральным направлением в области снижения загрязнения природной среды является внедрение на объектах производственнохозяйственной деятельности современных инновационных технологий и энергоресурсосберегающей    техники.    Указанный    экологически ориентированный путь развития российской экономики позволяет резко сократить сбросы и выбросы в ОС, а также объёмы отходов производства. Реализация программы ресурсов энергосбережения позволит значительно уменьшить нагрузку на природную среду, поскольку при производстве тепловой и электрической энергии, в атмосферу и водную среду технические системы выделяют много вредных газов, а также примесей, содержащих тяжёлые металлы и другие токсичные вещества. Весьма негативно влияет на ОС региона тепловое загрязнение атмосферы [2].

В связи с тем, что даже использование самых совершенных технологий в промышленном производстве и на объектах инфраструктуры, не позволяет полностью избавить систему «человек-среда» от вредных выбросов, сбросов и отходов, необходимо применять специальное оборудование и системы для очистки газовых выбросов и сточных вод от вредных примесей.

Эколого-экономическая эффективность экозащитного оборудования зависит от ряда технических и технологических показателей: мощности, материалов и технологий, катализаторов и фильтрующих элементов. Основой создания современного очистного оборудования, по мнению авторов, является адаптивность (согласование) подобных систем загрязняющими веществами в целях удаления их из выбросов и сбросов, которые образуются при деятельности хозяйствующего субъекта.

Общие требования к экозащитным промышленным системам, как и любому другому производственному оборудованию, установлены российскими техническими стандартами [3]. Целью авторских исследований являлось обоснование специальных требований к оборудованию для защиты ОС. Исходя из основного посыла о согласовании очистных устройств с предметом очистки (вредными веществами), необходимо оценить параметры элементов технологической цепочки, а также физико-химические свойства загрязняющих веществ.

Для решения поставленной задачи нами предлагается метод «тотального моделирования». Данный термин указывает на необходимость выполнения моделирования всех протекающих в системе очистки процессов и характеристик элементов (устройств) как обязательного условия создания высокоэффективного очистного оборудования.

В рамках моделирования предлагается построить физикоматематические модели:

– модели устройств очистки с указанием их параметров (мощности, физических и химических свойств и геометрических размеров);

– модели вредных газовых смесей, сбросов и отходов производства;

– модели технологических процессов очистки;

– формализованные модели взаимодействия веществ, содержащихся в сбросах и выбросах, с элементами очистных устройств;

– модели взаимодействия смесей, получаемых на выходе очистного оборудования с окружающей средой;

– логические модели системы классификации выходящих смесей (отходов), с целью их повторного использования;

– организационная модель (планограмма работ).

Основой решения задачи является модель для расчёта значений характеристик очистных устройств, которая должна состоять из ряда математических выражений, описывающих взаимодействие между вредными сбросами и выбросами, с одной стороны, и очистным оборудованием – с другой.

Из решения этой задачи можно определить информационно-очистные характеристики этой системы (параметры устройства, свойства катализаторов и т.п.), требуемые для выполнения операции обезвреживания. Таким образом, данная модель позволяет выбрать конфигурацию оборудования и сформировать комплекс его технических характеристик, а также определить параметры технологического процесса (например, время очистки).

Формализация описанных моделей открывает инновационный путь к модернизации процессов проектирования экозащитного оборудования, основанной на использовании пакета прикладных программ. Компьютерное моделирование значительно повышает техникоэкономическую эффективность проектных процессов, за счет реализации следующих операций:

– сокращение времени на анализ экологической ситуации и выбор параметров системы;

– улучшение качества технологического процесса и конструкции оборудования на основе выбора необходимых характеристик из множества альтернативных вариантов.

Дополнительно      к      перечисленным      преимуществам автоматизированного расчёта можно указать аккумулирование в компьютере исчерпывающего количества сведений о загрязнениях системы «человек-среда», которые можно использовать в практической деятельности по оценке экологической обстановки в регионе, где расположены объекты производственно-хозяйственной деятельности.

В качестве организационной меры, улучшающей качество разработки экозащитного оборудования можно предложить создание в составе специализированного проектно-конструкторского бюро отдел, основной функцией которого является формулирование требований к очистным системам. Обязательным составным элементом отдела должна стать компьютерная система, содержащая следующие блоки:

– блок технических и экологических стандартов;

– блок моделей технологических процессов и технических устройств;

– блок моделей техногенных загрязнений окружающей среды;

– информационный блок (сведений о материалах и устройствах);

– блок прикладных программ;

– блок принятия проектных решений.

Как показывает практика, компьютерное моделирование в сфере рационального природопользования позволяет принять практические решения, обеспечивающие комфортные условия жизнедеятельности и получить значительный эколого-экономический эффект [4, 5].

оборудование, окружающая среда, компьютерное моделирование, построение моделей, система «человек-среда», экологические и технические стандарты equipment, environment, computer simulation, modeling, system "humanenvironment", environmental and technical standards