30 Янв

СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, РЕАЛИЗУЕМЫЕ В КАЗАХСТАНЕ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Об уровне развития любого государства можно судить по состоянию трех основных взаимосвязанных показателей: социальной сферы, экономики и экологии. Необходимо отметить, что государство должно уделять равное внимание и оказывать равную поддержку данным сферам без приоритета одной за счет других. Такое равновесие будет способствовать обеспечению сбалансированного развития любой страны.

Решения и мероприятия, направленные на охрану окружающей среды, должны иметь под собой научное обоснование и приниматься на основе объективных показателей.

В данной статье конкретизируются цели современных научных исследований. Целями проведения научных исследований в области охраны окружающей среды являются:
— разработка концепций, научных прогнозов и планов сохранения и восстановления окружающей среды.  Разрабатываемые концепции, научные прогнозы и планы  должны способствовать принятию комплексных и рациональных мер, направленных на сохранение и восстановление окружающей среды;
— оценка последствий негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду. Данная оценка должна осуществляться на основе научно разработанных методов, и базироваться на возможности применения последних достижений техники и технологий;
— совершенствование законодательства в области охраны окружающей среды, создание нормативов, государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды. Совершенствование законодательства в области охраны окружающей среды объективно обусловлено реалиями настоящего времени, а также объективными требованиями совершенствования управления крупномасштабным природно-ресурсным комплексом Казахстана с учетом происходящих экономических преобразований. Научный подход при разработке и принятии нормативных правовых актов способствует повышению их качественного уровня, как с содержательной точки зрения, так и с точки зрения соблюдения правил законодательной техники.

Государственные стандарты и иные нормативные документы в области охраны окружающей среды должны разрабатываться с учетом научно-технических достижений и требований,  международных правил и стандартов. В государственных стандартах на новую технику, технологии, материалы, вещества должны учитываться требования, нормы и правила в области охраны окружающей среды;
— разработка и совершенствование показателей комплексной оценки воздействия на окружающую среду, способов и методов их определения;
— разработка и создание наилучших технологий в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Наилучшей существующей технологией является технология, основанная на последних достижениях науки и техники, направленная на снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеющая установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов.            Совершенствование имеющихся технологий и разработка новых будет способствовать наиболее рациональному использованию природных ресурсов;
— разработка программ реабилитации территорий, отнесенных к зонам экологического бедствия;

— создание перспективного научного задела и научного обоснования по проблемам экологической безопасности страны и рационального использования природно-ресурсного потенциала;
— создание научно обоснованной государственной системы комплексного мониторинга состояния природных ресурсов и окружающей природной среды;
— научное обоснование организационно-экономического, правового и хозяйственного механизмов управления в области природопользования и охраны окружающей природной среды.

Научные исследования в области охраны окружающей среды, направленные на достижение вышеперечисленных целей,  имеют огромное значение, поскольку позволяют предотвратить, либо снизить до минимума возможные негативные последствия воздействия на окружающую среду. На основании научных исследований осуществляются, например, планирование и разработка мероприятий по охране окружающей среды; разрабатываются нормативы в области охраны окружающей среды.

В научных исследованиях большое внимание должно уделяться принципиально новым высокоэффективным мероприятиям для изучения, воспроизводства и рационального использования природных ресурсов, технологиям реабилитации окружающей природной среды от последствий техногенных воздействий, вопросам стандартизации, сертификации и метрологии в природопользовании, а также разработке нормативных требований.
Нормирование, стандартизация  и метрология являются важнейшими средствами регулирования  природопользования, широко применяемыми как в отечественной, так и в зарубежной практике управления качеством окружающей среды.

Разработка научных основ оценки исходного качества природной экосистемы, определение комплексных показателей, объективно  отражающих количественные изменения экологического состояния изучаемой системы, разработка стандартизированных методик   оценки уровня загрязнения экосистем  являются актуальными задачами нового направления в практической метрологии – экологической метрологии.

Научная новизна:  Экологическая метрология — это наука об измерениях в экологии и природопользовании. Ее теоретической базой является экология и фундаментальная метрология.

Современная метрология включает три составляющие:

— законодательную (правовую) метрологию,

— фундаментальную (научную),

— практическую (прикладную) метрологию.

В последние десятилетия большими темпами развивается прикладная  метрология, в частности — экологическая метрология.

Экологическая метрология выходит за рамки прикладной метрологии по следующим обстоятельствам:  специалистов-экологов и природопользователей в экологических измерениях интересуют конкретные показатели состояния окружающей среды, классифицированные по основным признакам социо-эколого-экономических систем. Эти показатели по своему содержанию нельзя назвать физическими. Методикой их измерений прикладная метрология практически не занимается, и поэтому возникла необходимость разработки специальных измерений, результаты которых характеризуют природно-антропогенные нарушения в экосистемах.

Особенностью экологической метрологии является то, что в ней термин «измерение» трактуется в эмерджентном смысле, так как в практике недостаточно измерять только физические величины.

В настоящее время выделяют четыре эмерджентных уровня природно-антропогенных нарушений: норма, риск, кризис и бедствие. В основу выделения этих уровней положено ранжирование нарушений экосистем по глубине и необратимости, т.е. по реальным имеющим физическое выражение, морфологическим факторам.

Предметом экологической метрологии являются комплексный контроль экологического состояния территории, а также выбор наиболее информативных критериев оценки состояния экосистем и их биотической, медико-демографической и эколого-гигиенической составляющих, при строгом соблюдении требований фундаментальной (научной) метрологии. В экологической метрологии вместе с развитием фундаментальной и практической ее составляющих происходит становление законодательной экологической метрологии, правовые основы которой в настоящее время только формируются.

Экологический норматив определяет степень максимально допустимого вмешательства человека в экосистемы, при которой сохраняются экосистемы желательной структуры и динамических качеств [1].

Нормирование качества окружающей среды должно гарантировать экологическую безопасность населения и сохранение генофонда, обеспечивать рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

Экологическое нормирование представляет собой одно из наиболее эффективных  средств охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. С его помощью регулируется допустимая нагрузка на экологические экосистемы и устанавливаются границы воздействия хозяйственной деятельности на среду обитания.

В качестве общего и информативного показателя  загрязнения  воздуха является  КИЗА —  комплексный  показатель  среднегодового  загрязнения атмосферы.  Его  количественное  ранжирование  по  классу  состояния атмосферы приведена в таблице 1.

Таблица 1.  Критерии оценки состояния загрязнения атмосферы по комплексному индексу (КИЗА)

Загрязнение воздуха в г. Алматы является острой экологической проблемой, которая осложняется физико-географическими и природно-климатическими условиями. Для исследования загрязнения воздушного бассейна города были проанализированы расчетные данные за содержанием вредных веществ в атмосфере города. Расчеты за загрязнением атмосферного воздуха в г. Алматы проводились по 5-ти видам загрязняющих веществ.

По программе «Эра-Воздух» проведены расчеты максимально-разовых выбросов и приземной концентрации для предприятия ТЭЦ-2 г. Алматы,  которая  сжигает высокозольный экибастузский уголь. Установленная электрическая мощность станции ТЭЦ-2  –  510 МВт, тепловая мощность — 1176 Гкал/ч.

Основные характеристики сжигаемого на ТЭЦ-2 экибастузского каменного угля приведены в таблице 2.

Программный комплекс ЭРА-Воздух предназначен для решения широкого класса задач в области охраны атмосферного воздуха, связанных с расчетами загрязнения атмосферы.

С использованием программы в работе были рассчитаны максимально разовые выбросы золы, оксидов серы, углерода, азота,  образующиеся при сжигании экибастузского угля, характеристики, которого приведены  выше, с высотой дымовой трубы 120 метров [2].

Рассчитанный по формуле для золы:

максимальная приземная концентрация по диоксиду серы составляет 0,6 мг/м3.

Как видно из расчетов максимальная приземная концентрация парниковых газов их  превышает   среднесуточную концентрацию.

Установлено, что при сжигании экибастузского угля в атмосферу выбрасывается большое количество  загрязняющих веществ, концентрация которых превышает максимально разовые и среднесуточные концентрации примесей, в среднем, в 2 раза допустимые значения ПДК. Это приводит к увеличению комплексного индекса загрязнения атмосферного воздуха г. Алматы, который превышает официально известный индекс ИЗА5 равен 13,8. По норме КИЗА должен быть не более 5. Рассчитанный показатель свидетельствует о превышении комплексного загрязнения воздушного бассейна г. Алматы в 2-3 раза.

В этой связи в нашей работе предложен новый способ снижения выбросов парниковых газов в атмосферный воздух. На практике широко применяется различные способы утилизации парниковых газов содержащихся в выбросах предприятий. Однако может быть целесообразным снижению выбросов за счет повышения качества сжигаемого топлива, увеличение эффективности процесса его сжигания. Для модифицирования качества экибастузского угля в нашей работе проведены исследования по влиянию электронно-лучевой обработки на физико-химические свойства угля, повышение эффективности его сжигания с целью снижения выбросов.

Нами изучено воздействие пучка  ускоренных электронов на изменение структуры угля. Опыты по радиационной обработке угля осуществляли на электронном ускорителе ИЛУ-8. Ускоритель генерировал электроны с энергией 1,3 МэВ, мощность дозы варьировали от 0,19 до 0,33 Мрад/с, общую дозу поглощения – от 10 до 200 Мрад. Температуру угольного слоя толщиной 7 мм контролировали с помощью термопары и поддерживали в пределах 60-70 и 250-260 0С.

Предварительная электронно-лучевая обработка угля приводит к снижению выбросов в атмосферу, уменьшает количество золошлаков и снижает максимально-разовые выбросы (таблица 2-3) как минимум от 0,6% до 9% для разных парниковых газов.

Практическая значимость и обоснованность предлагаемого научного подхода к решению проблемы снижения антропогенной нагрузки на воздушный бассейн г. Алматы: Главная опасность теплоэнергетики для атмосферы заключается в том, что  сжигание углеродсодержащих топлив  приводит к появлению диоксида углерода, которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.       Казахстаном в 1997 году подписан Киотский протокол, целью которого является количественные ограничения парниковых газов. В 2001 году Казахстан  получил статус «стороны  приложения 1 Киотского протокола, после ратификации Киотского протокола». Кроме неоспоримого экологического эффекта ратификация Киотского протокола открывает для нашей страны перспективы по привлечению международных инвестиций, участию в проектах совместного осуществления  процессов «чистого развития» в роли инвестора с возможностью вкладывать активы в экономику других стран, торговать квотами на выбросы парниковых газов.

В связи с вышеизложенным, полученные в данной работе результаты могут способствовать  решению проблем, связанных с выполнением Казахстана обязательств по снижению уровня загрязнения атмосферного воздуха, развития зеленой экономики.

Для широкого внедрения предлагаемого способа направленного модифицирования свойств топлива, повышения качества окружающей природной среды необходимо в дальнейшем проведение опытно-промышленных испытаний электронно-лучевого метода. В технопарке г. Алматы работает промышленный ускоритель электронов ИЛУ-8 мощностью 95 кВт, который имеет высокую производительность и может быть  использован в технологическом   комплексе по электронно-лучевой обработке различных материалов.

Преемственность исследований:  В последние 10-15 лет в мировой практике успешно используется электронно-лучевая технология, основанная на переносе энергии к обрабатываемому веществу с помощью электронов высокой энергии, генерируемых ускорителями заряженных частиц.

Мировое производство продукции электронно-лучевой технологии сейчас составляет сотни миллиардов долларов в год. При установившихся темпах ростах (25% в среднем) и до 45% в отдельных отраслях промышленности зарубежных стран к началу третьего тысячелетия использование электронно-лучевой технологии может обеспечить повышение эффективности большинства традиционных технологий.

Успешное развитие электронно-лучевой технологий объясняется ее абсолютной экологической чистотой, высоким КПД преобразования электрической энергии (80%) в энергию пучка. Высокие скорости радиационных процессов, простота технологического воплощения, возможность полнотой автоматизации и ряд других преимуществ ставят ее в ряд безальтернативных технологий.

В настоящее время учеными Казахстана, России и др. накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по структурным, физическим, фазовым превращениям в минеральном сырье, которые происходят под воздействиям ионизирующего излучения. В результате таких радиационно-стимулированных превращений веществам можно придать другие, наперед заданные свойства.

Эффекты радиационного воздействия, время их существования после облучения во многом зависят от физико-химических характеристик  материала, способов облучения. В связи с этим, условно, радиационные процессы можно разделить на процессы с фиксацией и использованием последствий облучения спустя продолжительное время и на процессы, протекающие в поле ионизирующего излучения. Во втором случае, применение мощного излучения может приводить к сильному разогреву облучаемого материала и позволяет использовать ускоритель в качестве источника высокой температуры с высоким КПД. Нагревание веществ до температуры выше 1000С обеспечивается вводом энергии в объем вещества на уровне 10 Дж/с*г и выше (мощность пучка 1 Мрад/с). Такой нагрев высокоэкономичен благодаря высокому КПД трансформации электроэнергии в энергию излучения (80% и выше). Мощный пучок ускоренных электронов позволяет достичь температур свыше 2000 С при скоростях нагрева до 1000 С/С.

Авторами (Мажреновой Н.Р., Руденко Н.В., Кожахметовым С.М., Медеуовым Ч.К. и др.) данной работы опубликовано более 200 работ, в том числе, несколько монографий, получено 5 авторских свидетельств по комплексной переработке минерального сырья с использованием электронно-лучевых технологий и промышленных ускорителей электронов.

Исследования по применению пучка ускоренных электронов, промышленных ускорителей типа ИЛУ-8 для модифицирования физико-химических и технологических свойств угля являются логическим продолжением ранее проведенных работ в области развития электронно-лучевых технологий  в крупнотоннажных производствах.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Зыков  В.Н.,  Чернышов  В.И.  Введение  в  экологическую  метрологию  и экологическое нормирование: Метод пособие. – М.: РУДН, 2003–24 с.
  2. Сборник методик по расчету выбросов вредных веществ в атмосферу различными производствами — Алматы, 1996г.-15с
  3. Энергетическое топливо СССР:Справочник – М.:Энергия, 1968-676 с.
  4. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. – М:Энергоатомиздат, 1986-208 с.
  5. Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Полак Л.С. Плазмохимическая переработка угля –М:Наука 1990-200 с.
  6. Шпирт М.Я. и др. Рациональное использование отходов угледобычи и обогащения угля – М:Недра 1990
  7. Платонов В.В. и др Химическая структура и реакционная способность углей. ХТТ, N6 1989-3-7 с.
  8. Мажренова Н.Р. Экологические аспекты применения мощных пучков ускоренных электронов в комплексной переработке природного сырья. КазГУ, серия экологическая №1, 1996г., с 71-79
  9. Mazhrenova N.R. Investigations on radiation progressing in Kazakhstan J.Radiat.Phys. Chem. 1995, Vol. 46, №4-6, рр. 1401-1404
  10. Сериков Э.А. Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехнологическом производстве. Учебное пособие.– Алматы: АИЭС, 2006 г.
  11. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции, -М.: Энергоатомиздат,
    1987 г. — 328 с.
  12. Пашков  Е.В.,  Фомин  Е.Г.,  Красный  Д.В.  Международные  стандарты ИСО 14000.  Основы  экологического  управления. —  М.:  ИПК  Изд-во стандартов, 1997. — 464 с
  13. Аскарова А.С., Мажренова Н.Р. Экологические проблемы топливно-энергетической отрасли Казахстана и нетрадиционные пути их решения Алматы:Қазақ университеті, 1997 г.-202 с
    СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, РЕАЛИЗУЕМЫЕ В КАЗАХСТАНЕ
    Written by: Мажренова Найля Рахимбековна, Нұғыманова Айжан Олжабекқызы
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/26/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)
    Available in: Ebook