Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование зависимостей между производственными показателями промышленного предприятия и его выбросами в атмосферу

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Исследование зависимостей между производственными показателями промышленного предприятия и его выбросами в атмосферу"

ЬЭВЭБ

На правах рукописи

ПЕСТРЯЕВ АНТОН НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ И ЕГО ВЫБРОСАМИ В АТМОСФЕРУ (НА ПРИМЕРЕ г. СТЕРЛИТАМАКА)

Специальность 03.00.16 - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г г ^в ^

Уфа - 2008

003459696

Работа выполнена на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Клявлин Марс Салихович.

доктор химических наук, профессор Ибатуллин Урал Галеевич;

кандидат технических наук Магид Александр Борисович.

Ведущая организация Институт промышленной экологии

Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург.

Защита состоится «28» января 2009 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат диссертации разослан «22» декабря 2008 года.

V ченый секретарь совета

К.Г. Абдульминев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. За последнее десятилетие в Российской Федерации произошло значительное ухудшение показателей удельных выбросов и сбро сов загрязняющих веществ на единицу валового внутреннего продукта, характ;: ризующих экологическую эффективность национальной экономики. Специфика экологической ситуации, сложившейся в России, заключается в том, что дажл официальным данным износ производственных мощностей большинства промышленных предприятий превышает 70%. Другими существенными факторами влияющими на уровень воздействия промышленности на окружающую среду, яз-ляются массовое снижение выпуска товарной продукции, неритмичность работы, изменение сырьевой базы многих промышленных предприятий.

Поскольку одним из основных путей поступления загрязняющих веществ г окружающую среду являются выбросы промышленных предприятий в атмосферный воздух, назрела необходимость выяснить, каким образом вышеперечисленные производственные факторы влияют на величину промышленных выбросов. Б литературе, характеризующей данную проблему, высказываются полярные точки зрения — с одной стороны, существует мнение, что данные факторы оказываю г незначительное влияние на общую картину загрязнения атмосферы городов, а с другой, что большая часть промышленных предприятий России не в состояни; обеспечить приемлемый уровень экологической безопасности.

Кроме того, в применяемых в настоящее время методиках расчета и опред. ления выбросов загрязняющих веществ, постулируется факт, что величина выброса напрямую зависит от количества перерабатываемого сырья или производимо;-продукции. Другие критерии, оказывающие существенное влияние на величину выбросов, в них не учитываются. Этот постулат базируется на использовать :: расчетах удельных нормативов выбросов. Автором ставится под сомнение дан г:-утверждение в отношении производственных объектов, отработавших нормативный ресурс, т.е. со сроком эксплуатации свыше 15-20 лет. Выявление определенных недостатков в существующих ныне методах расчета выбросов загрязняющих веществ из промышленных источников позволит увеличить эффективность контроля и управления качеством окружающей среды в целом и атмосферного воздуха в частности. Исходя из этого сформулированы цель и основные задачи исследования.

Цель исследования. Изучение характера взаимосвязи между количеством

выбросов нормируемых загрязняющих веществ и рядом таких производственных

3

факторов, как срок эксплуатации технологического оборудования и объем выпускаемой продукции, на примере промышленных предприятий (ЗАО «Каучук», ОАО «Сода»), расположенных в черте г. Стерлитамака.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 Корреляционный анализ связей между выбросами основных загрязняющих геществ от ведущих промышленных предприятий г. Стерлитамака.

2 Анализ многолетней динамики выбросов загрязняющих веществ от контрольных источников выбросов на конкретных производственных объектах.

3 Определение характера связи между величиной промышленных выбросов в атмосферу, сроком эксплуатации промышленного оборудования и количеством производимой продукции.

Научная новизна

1 Впервые для ряда источников промышленных выбросов, путем статистической обработки экспериментальных данных, вычислены достоверные коэффициенты корреляции между сроком эксплуатации технологического оборудования и величиной выбросов загрязняющих веществ. Рассчитаны коэффициенты уравнений линейной регрессии.

2 Для рассмотренных производственных объектов доказано, что вопреки распространенному и применяемому в расчетах постулату связь между количеством выпускаемой продукции и массой выделяемых загрязняющих веществ не является достоверной или является частным случаем.

3 По эффективности регулирования выбросов в атмосферу выделены три типа промышленных предприятий в зависимости от рыночной конъюнктуры и особенностей технологии:

- предприятие, на продукцию которого имеется стабильный или повышенный спрос;

- предприятие адаптивного типа;

- предприятие, имеющее длинную технологическую схему получения одного или малого числа наименований товарной продукции.

Практическая значимость

Результаты работы могут быть использованы для разработки новых или корректировки существующих методик расчета негативного воздействия промышленных предприятий на атмосферный воздух путем введения соответствующих поправок на степень изношенности или срок эксплуатации основных производственных фондов. Подобная корректировка является весьма важной с точки зрения

значительного увеличения точности и прогнозных возможностей системы нормирования выбросов вредных веществ в атмосферу.

Внедрение результатов исследования в практику

Рекомендации, разработанные в рамках диссертационного исследования внедрены в практику деятельности Юго-западного межрайонного управления Министерства природных ресурсов Республики Башкортостан (г. Стерлитамак).

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Для ряда источников промышленных выбросов доказано, что между сроком эксплуатации и количеством выделяемых в атмосферу вредных веществ существует достоверная зависимость, которая описывается уравнением линейной регрессии.

2 Для рассмотренных производственных объектов связь между количеством выпускаемой продукции и массой выделяемых загрязняющих веществ не является достоверной или является частным случаем.

3 Типизация предприятий, характеризующая их воздействие на атмосферный воздух в зависимости от рыночной конъюнктуры и особенностей технологии.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров» (г. Стерлитамак, 2006 г.), 58-й научно-технической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов (г. Уфа, 2007 г.), совещании Юго-западного межрайонного управления МПР РБ (г. Стерлитамак, 19 октября 2007 г.); ХШ Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (г. Пенза, 2007 г.).

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях в соответствии с перечнем ВАК России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 21 таблицу. Список использованных литературных источников включает 77 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выполняемого исследования, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе дана комплексная оценка современной системы расчета и

нормирования выбросов загрязняющих веществ, которая применяется в Россий-

5

ской Федерации. Отмечено, что в методических указаниях, устанавливающих порядок определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, расчет величины выбросов основан на использовании удельных показателей, т.е. выбросов загрязняющих веществ, приведенных к единице времени, оборудования, массе получаемой продукции или расходуемых топлива, сырья и материалов. При этом никоим образом не учитывается влияние таких факторов, как изношенность основных производственных фондов, массовое снижение выпуска товарной продукции, неритмичность работы предприятий.

Во второй главе описаны методы исследования, используемое оборудование, условия проведения и объекты исследования. В диссертации в качестве исходных использованы данные, полученные специалистами отдела контроля промышленных выбросов Стерлитамакского подразделения Управления государственного аналитического контроля (СП УГАК), имеющем Аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001. 51 4884 (от 9 марта 2004 г.). В работе СП УГАК используются аттестованные методики анализа и государственные стандартные образцы. Все приборы имеют сертификат соответствия и регулярно проходят поверку в ФГУ БашЦСМ. Регулярно проводится внешний и внутренний контроль качества работы лаборатории. Такая организация работы обеспечивает единство измерений и высокое качество выполнения анализов, удовлетворяющих требованиям ГОСТа.

Объектами исследования служили стационарные источники выбросов различных загрязняющих веществ на двух крупнейших промышленных предприятиях г. Стерлитамака — ОАО «Сода» (цех АД-1 и цех обжига цементного производства) и ЗАО «Каучук» (цеха Е-2, И-5в, И-11). Отбор проб проведен в соответствии с действующими нормативными документами.

В работе по получению исходных данных использован комплекс аналитических методов: газожидкостная хроматография, фотометрия, гравиметрия титри-метрия, электрохимические методы анализа.

Статистическую обработку данных проводили с использованием стандартных методов по программе «Statistica-5.0 for Windows». Оценку значимости различий среднеарифметических значений проводили с использованием t-критерия Стьюдента при надежности измерений (а = 0,95).

В третьей главе проанализированы и обобщены данные по состоянию и изменению качества атмосферного воздуха на территории г. Стерлитамака за период с 1994 по 2006 гг.

По эффективности регулирования выбросов в атмосферу выделены три типа промышленных предприятий в зависимости от рыночной конъюнктуры и особенностей технологии.

Характер и степень загрязнения атмосферного воздуха в настоящее время >л ляются одной из базовых характеристик состояния окружающей среды. Динам;;: :; этих показателей, как правило, сопоставляется либо с интегральным улучшение.! или ухудшением экологической ситуации, либо с состоянием здоровья населения. Подобный подход является традиционно необходимым, но его прогнозные возможности достаточно ограничены. Существуют потребность и возможность произвести анализ этих показателей на фоне экологической политики, осуществляемой отдельными промышленными предприятиями с учетом особенностей конкретных технологий и складывающихся рыночных условий. Игнорирование последних факторов может привести и зачастую приводит к ситуации, когда рекомендации по снижению выбросов фактически будут являться лишь «благимк пожеланиями».

Анализ загрязнения воздушного бассейна необходимо осуществлять в рамка;, единой системы оценки качества окружающей среды, поскольку в отношении загрязняющих веществ атмосфера является транзитной средой.

Анализ выбросов в атмосферу возможно осуществлять на нескольких уровнях.

На уровне отдельного территориального образования (макроуровень). Спрл веддивости ради необходимо отметить, что такая градация недостаточно формализована, поскольку должны приниматься во внимание размер территории, количество жителей, географические и климатические условия, харакмгг промышленного производства и т.д. Все эти особенности вносят свои коррективы. Традиционный способ оценки количества и состава выбросов заключается в сум-мации выбросов всех промышленных предприятий, находящихся на данной территории.

На уровне отдельного промышленного предприятия (мезоуровень). Для такой оценки используются данные государственной статистической отчетности 2ТП-воздух. Оценка состояния атмосферного воздуха на макроуровне невозможна без данных, полученных на мезоуровне. На мезоуровне также имеются свои нюансы, вынуждающие считать эквивалентными совокупность воздействия предприятия с несколькими источниками и производства, имеющего несколько сотен источников загрязнения атмосферы.

На уровне отдельных источников выбросов (микроуровень). Необходимо отметить, что при анализе имеющейся информации должно приниматься во внимание, что изменение технологических характеристик промышленного производства, качества и количества перерабатываемого сырья, внедрение каких-либо природоохранных мероприятий может происходить значительно чаще, чем вносятся коррективы в тома предельно допустимых выбросов.

Описанный выше подход использован при анализе данных по составу и количеству выбросов в атмосферу на примере конкретных предприятий города Стерлитамака (ОАО «Сода», ЗАО «Каустик», ЗАО «Каучук»), являющихся основными загрязнителями атмосферного воздуха за период с 1994 по 2006 гг. Рассмотрим полученные результаты.

ЗАО «Каустик» представляет собой крупное химическое предприятие, имеющее в своём составе 22 цеха. Базовыми продуктами основного органического синтеза являются этилен, пропилен, хлорвинил. Все производства являются объектами крупнотоннажной продукции. Полупродукты используются в дальнейшем для выработки широкой номенклатуры других хлорорганических соединений.

Данные по динамике выбросов ЗАО «Каустик» за период с 1994 по 2006 гг. приведены на рисунке 1. Проведенный корреляционный анализ данных выявил отрицательную тенденцию между выбросами углеводородов и оксида углерода (II) (г = -0,53; п = 13) и достоверную зависимость между выбросами оксида углерода и оксидов азота (г = 0,69; п = 13). Сокращение выбросов углеводородов связано, по-видймому, с их сжиганием.

Как видно из рисунка 1, снижение валового объема выбросов отмечается начиная с 1998 г. В этот период на предприятии был закрыт ряд нерентабельных цехов и в то же время вступает в действие ряд производств с более экологичными параметрами. Так, введены в строй производства: линолеума и скатертей поливи-нилхлоридных, погонажных изделий (профили и окна ПВХ); построен комплекс получения винилхлорида мощностью 135 тыс. т/год, проведена крупномасштабная реконструкция производства поливинилхлорида с увеличением мощности до 120 тыс. т/год, освоена технология получения терефталоилхлорида.

Совокупность этих мероприятий обуславливает стабильное снижение выбросов в атмосферу. Использованный материал не позволяет проанализировать ситуацию, когда выбросов становится меньше, но они становятся более токсичными.

Т/ГОД 6000 -г 50004000 300020001000-

-

I

I № \ 1 ||

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 ООО 2001 2002 2003 2004 2005 2006

ивсего 5877 5266 5650 5634 3053 2925 2582 2299 2240 2177 2036 1904 1551

□ твердые вещества 74.7 76.7 53,61 112 88 80 167 216 241 237 253 198 123

ш азота оксиды 0,1 1.9 22.15 54 54 54 3 15 15 16 17 19 15

□ серы диоксид 0,3 0,3 0,049 0 О 0 0 О 0 О О О О

В углерода оксид 24.9 33,7 82.84 235 236 236 150 254 165 170 171 170 166

¡а углеводороды 4902 4478 5030 4856 2305 1785 1472 1546 1544 1488 1350 545 1007

Рисунок 1 - Данные по динамике выбросов ЗАО «Каустик» за период с 1994 пс 2006 гг.

ОАО «Сода»

В составе предприятия имеется 13 основных производств и цехов. Основная продукция — сода кальцинированная, цемент, шифер, сода пищевая, тяжёлая сода, синтетические моющие средства, сухие строительные смеси.

Основное сырье — известняк, поваренная соль, аммиачная вода и др.

Данные по динамике выбросов ОАО «Сода» за период с 1994 по 2006 гг. приведены на рисунке 2.

Проведен корреляционный анализ данных по выбросам ОАО «Сода». Выявлена достоверная зависимость между выбросами диоксида серы и оксида углерода (II) (г = 0,62; п = 13). По нашему мнению, эта связь обусловлена использованием в технологических процессах топлива с повышенным содержанием серы. Снижение выбросов также зафиксировано в 1998 г. (дефолт). В дальнейшем в анализируемый период количество выбросов было постоянным, а в 2006 году возросло. Это связано в первую очередь с тем, что спрос на продукцию предприятия стабилен, а в отношении цемента стал приобретать ажиотажный характер. Поэтому есть вероятность, что при внедрении более экологичного производства

старое не будет закрыто, т.е. объем выбросов в атмосферу будет расти.

9

Рисунок 2 - Данные по динамике выбросов ОАО «Сода» за период с 1994 по 2006 гг.

ЗАО «Каучук»

В составе предприятия 3 производства, выпускающие мономеры, катализаторы, сополимерные и изопреновые каучуки. В атмосферу выбрасываются загрязнители 45 наименований, в том числе оксиды азота, изопрен, толуол, альфаметил-стирол, диметилформамид, пыль катализаторная и др.

Данные по динамике выбросов ЗАО «Каучук» за период с 1994 по 2006 гг. приведены на рисунке 3. Корреляционный анализ исходных данных показал, что имеются достоверная отрицательная зависимость между выбросами оксидов азота и выбросами углеводородов (г = -0,65; п = 13) и положительная зависимость между выбросами оксида углерода (II) и выбросами оксидов азота (г = 0,76; п = 13). По-видимому, это также связано со сжиганием углеводородных отходов.

т/год 400035003000 -25002000-

1500- юоо- 500-

.1

Й

¡994 1995 1996 1997 1998 ¡999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

■ всего 257-1 2534 2332 1862 1480 1524 1564 1688 ¡486 ¡690 ¡920 3520 3827

□ твердые вещества 37.5 34.6 20.89 41 36 37 33 150 102 75 98 632 351

и азота оксиды 167.4 146.4 ¡45.9 141 112 116 ¡47 153 541 595 598 675 184

0 углерода оксид 94.8 81.6 80.54 88 70 72 78 81 446 491 493 822 753

■ углеводороды 2269 2260 2073 1575 1237 1273 1279 1276 382 512 717 1265 2506

Рисунок 3 - Данные по динамике выбросов ЗАО «Каучук» за период с 1994 по 2006 гг.

Как видно из рисунка, с 1994 по 1998 гг. количество выбросов плавно снижалось, что связано со снижением объемов производства. До 2002 года оно оставч-лось стабильным, а далее наблюдался рост валового количества выбросов. Необходимо отметить, что данное предприятие имеет длинную технологическую схему получения сравнительно небольшого числа наименований готовых продуктов. Радикальное сокращение выбросов в этом случае требует модернизации всего производственного процесса, что экономически затруднительно.

Таким образом, по эффективности регулирования воздействия на атмосферный воздух выделены три типа промышленных предприятий в зависимости от рыночной конъюнктуры и особенностей технологии:

1 Предприятие, на продукцию которого имеется стабильный или повышенный спрос. Вновь вводимые экологизированные производства будут работать па-

|раллельно со старыми, исчерпавшими свой технологический ресурс. За счет таких объектов техногенная нагрузка на атмосферный воздух будет возрастать.

|

2 Адаптивный тип производства, когда на основании разнообразных технологий из одинакового сырья производится разнообразная продукция, что дает возможность маневрировать и закрывать нерентабельные цеха и создавать новые более технологичные и соответственно экологичные. Подобные предприятия

наиболее перспективны с точки зрения снижения негативного воздействия на атмосферный воздух.

3 Предприятия, имеющие длинную технологическую схему получения одного или нескольких наименований продуктов. Радикальное сокращение выбросов в данном случае требует модернизации всего производственного процесса, что экономически затруднительно, приводит к повышению себестоимости товарной продукции снижению рыночного спроса на нее. Существенное сокращение воздействия на атмосферный воздух для таких предприятий проблематично и возможно только в случае поддержки государства.

Показанные особенности предприятия должны учитываться при разработке и реализации программ по снижению негативного воздействия промышленного производства на атмосферный воздух.

В четвертой главе проведен анализ взаимосвязи между количеством выбрасываемых приоритетных загрязняющих веществ, сроком эксплуатации технологического оборудования и объемом выпускаемой промышленными предприятиями продукции за период с 1994 по 2004 гг., с описанием технологического процесса производства.

В настоящее время накоплен значительный объем информации о выбросах в атмосферу при различных видах хозяйственной деятельности и отмечено, что государственная система расчета и нормирования выбросов загрязняющих веществ нуждается в совершенствовании путем введения технических (удельных) нормативов выбросов для технологических процессов, оборудования в расчете на единицу материальных показателей (используемого сырья, выпускаемой продукции).

В то же время отсутствуют единые критерии для разработки подобного рода нормативов. Априори постулируется, что чем больше промышленное предприятие выпускает товарной продукции, тем больше будет величина выбросов загрязняющих веществ, сопровождающих конкретный технологический процесс. Предполагается, что соотношение между данными показателями является линейным и при соответствующей обработке данных может быть получено уравнение линейной регрессии, описывающее данную взаимосвязь. В основе такого подхода лежит убеждение, что величина удельных (т.е. приведенных на единицу материальных показателей) или технических нормативов выбросов является постоянной, не изменяющейся со временем. Весьма возможно, что в отношении вновь построенных и вводимых в эксплуатацию промышленных объектов этот постулат является справедливым. Однако количество промышленных предприятий в Российской Федерации со сроком эксплуатации более 20 лет достаточно велико и, как

12

уже говорилось выше, степень износа основных производственных фондов на сегодняшний день достигает величины 70-80%. Таким образом, применение подобного подхода в отношении данной категории промышленных предприятий должно быть обосновано.

Кроме того, с увеличением срока эксплуатации промышленного оборудования меняется и сам характер выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Вследствие всего вышесказанного требуется провести количественную проработку связи между объемом выбросов нормируемых загрязняющих веществ, сроком эксплуатации технологического оборудования и количеством выпускаемой продукции на примере отдельных промышленных предприятий.

В качестве изучаемых объектов использованы — цеха Е-2, И-5В, И-11 (ЗАО «Каучук»), Ниже приведена их краткая характеристика.

Цех Е-2 предназначен для выделения, сушки и упаковки бутадиен-метилстирольных каучуков, получаемых методом эмульсионной полимеризации, введен в эксплуатацию в 1960 году.

Выделение каучуков из латекса осуществляется методом каскадной коагуляции раствором хлористого натрия, подкисленного серной кислотой. Скоагулиро-ванный каучук выделяется в виде ленты на лентоотливочных машинах. Сушка каучука осуществляется в многоходовых сушилках непрерывного действия в потоке горячего воздуха. Воздух, насыщенный парами воды и легколетучими продуктами (в основном а-метилстиролом), выбрасывается через воздуховод в атмосферу.

Отбор проб промышленных выбросов и их анализ на содержание а-метилстирола производился из следующих вытяжных систем: ВС-11, ВС-18, ВС-19, ВС-20, ВС-39, ВС-40, ВС-41, ВС-42, ВС-43 (источники выбросов № 502078, 502076, 502081, 502084, 502075, 502080, 502083, 502088, 502091).

Данные по динамике производства сополимерных каучуков за период с 1995 по 2003 гг. приведены на рисунке 4.

На рисунке 5, на примере источника 502075 (ВС-39), показана динамика изменения величины выбросов а-метилстирола за период с 1995 по 2003 гг.

1995 1996

1999 2000 2001 2002

Рисунок 4 - Данные по динамике производства сополимерных каучуков за период с 1995 по 2003 гг.

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 год

Рисунок 5 - Данные по динамике величины выброса а-метилстирола из источника № 502075 (ВС-39) за период с 1995 по 2003 гг.

Проведен корреляционный и регрессионный анализ для оценки тесноты связи между величиной выбросов загрязняющих веществ, сроком эксплуатации технологического оборудования и количеством производимой продукции.

В качестве зависимой переменной у была выбрана величина выброса загрязняющих веществ из источников промышленных выбросов, г/с.

В качестве независимых переменных были выбраны величина производства готовой продукции л:, т/месяц, и срок эксплуатации промышленного оборудования г, лет. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели, характеризующие связь между анализируемыми

параметрами

Номер источника выбросов Парные коэффициенты корреляции Частные коэффициенты корреляции Множественный коэффициент корреляции Нухг Величина выборки N

г*> ГУ га Гц, Руг х Ухгу

502078 -0,32 0,44 -0,78 0,039 0,32 -0,75 0,44 5

502076 -0,17 0,58* -0,58* 0,21 0,60* -0,60 0,615 14

502081 -0,07 0,17 -0,58* 0,035 0,16 -0,58 0,17 18

502084 -0,4 0,55 -0,76 0,03 0,41 -0,70 0,55 6

502075 -0,23 0,65* -0,64* 0,248 0,67* -0,66* 0,69* 37

502080 -0,18 0,45* -0,81* 0,32 0,53* -0,83* 0,55* 25

502083 -0,46 0,81* -0,75* 0,25 0,79* -0,72* 0,84* 10

502088 -0,09 0,56 -0,23 0,04 0,55 -0,22 0,56 10

502091 0,02 0,52 -0,69 0,52 0,73 -0,82 0,73 6

* Зависимость достоверна при 95%-м уровне вероятности.

Из данных, приведенных в таблице 1, следует, что для рассматриваемых источников выбросов в конкретном временном интервале (с 1995 по 2003 гг.) связь между количеством а-метилстирола, выбрасываемого в атмосферу, и количеством производимого сополимерного каучука не является достоверной. Напротив, связь между количеством выбросов а-метилстирола и сроком эксплуатации технологического оборудования имеет положительный характер и в четырех случаях (для источников № 502076, 502075, 502080, 502083) достоверна на 5% уровне значимости. Графическое изображение этой зависимости на примере ист. № 502075 (ВС -39) приведено на рисунке 6.

Для оценки множественной корреляции, то есть определения тесноты линейной связи между количеством выбросов а-метилстирола и совокупностью факто-риальных признаков (сроком эксплуатации и количеством производимого сополимерного каучука), были рассчитаны коэффициенты множественной корреляции Нух,_. Результаты расчета приведены в таблице 1. В трех случаях, для источников № 502075, 502080, 502083, коэффициент множественной корреляции достоверен

на 5% уровне значимости. Методом наименьших квадратов рассчитаны коэффициенты уравнений, описывающие зависимость между тремя переменными. Результаты расчета приведены в таблице 2.

34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 2 - срок эксплуатации оборудования, лет

- -о- - норматив предельно допустимого выброса

Рисунок 6 - Зависимость между выбросами а-метилстирола и сроком эксплуатации оборудования на примере ист. № 502075 (ВС - 39) цеха Е-2 в период с 1995 по 2003 гг.

Таблица 2 - Множественные линейные уравнения плоскостей регрессии

Номер источника выбросов Уравнение Коэффициент множественной детерминации Я2ухг.

502075 7 = —12,2 + 9,7ЛО~ъХ + 0,322 0,47

502080 У = —15,9 + 2,7-10"4Х+0,38г 0,30

502083 У = -13,4+ 8,М0"5Х+0,35г 0,70

Из результатов таблицы 2 видно, что величина выбросов а-метилстирола для рассматриваемых источников в конкретном временном интервате в большей степени определялась сроком эксплуатации оборудования. Таким образом, данное обстоятельство позволяет сделать следующее заключение. С нашей точки зрения, одной из причин коренного различия в динамике производства сополимерных каучуков и динамике выбросов в атмосферу а-метилстирола (по крайней мере, на

примере источника № 502076) является рост изношенности промышленного оборудования с увеличением срока эксплуатации.

Цех И-5В предназначен для выделения, обезвоживания, сушки, брикетирования крошки изопренового каучука, упаковки и транспортировки готовой продукции. Цех введен в эксплуатацию в 1984 году (после взрыва в 1982 г.). Выделение крошки каучука из раствора полимеризата осуществляется методом водной дегазации.

В качестве объекта исследования использовалась стадия усреднения суспензии крошки каучука. Отбор проб промышленных выбросов и их анализ на содержание изопрена, изопентана и изоамиленов производился из воздушек аппаратов поз. 520/1-3 (источники № 504271, 504272, 504273).

Данные по динамике производства изопреновых каучуков за период с 1994 по 2004 гг. приведены на рисунке 7.

На рисунке 8, на примере источника 504273 (воздушка аппарата поз. 520/3), приведены данные по динамике выбросов углеводородов с 1994 по 2003 гг.

т/год 140000

120000

100000

80000

60000

40000

20000

0

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Г°Д

Рисунок 7 - Данные по динамике производства изопреновых каучуков за период с 1994 по 2004 гг.

—о—Изопрен —о — Изопентан —А- Изо амилены

Рисунок 8 - Данные по динамике выбросов углеводородов из источника 504273 (воздушка аппарата поз. 520/3) с 1994 по 2003 гг.

Результаты корреляционного анализа данных по цеху И-5В приведены в таблице 3. В качестве зависимой переменной у была выбрана величина выброса загрязняющих веществ из источников промышленных выбросов, г/с.

В качестве независимых переменных были выбраны величина производства готовой продукции х, т/год, и срок эксплуатации промышленного оборудования г, лет.

Достоверной зависимости между величиной выбросов углеводородов и объемом произведенной продукции не было зафиксировано ни по одному загрязняющему веществу ни в одном из анализируемых источников. Однако для источника № 504272 в период с 2000 по 2004 гг. связь между количеством выбросов изопрена и изопентана и количеством производимого изопренового каучука и является достоверной. На рисунке 9 приведено графическое изображение этой зависимости для изопрена.

Таблица 3 - Результаты корреляционного анализа данных по цеху И-5В

Номер источника выбросов Парные коэффициенты корреляции Частные коэффициенты корреляции Множественный коэффициент корреляции ЯУХ2 Величина выборки N

Гху Гуг Ги Гху2 Гугх Гву

Загрязняющие вещества: 1 - изопрен; 2 - изопентан; 3 - изоамилены

504271 (1) 0,54 -0,28 -0,83* 0,65 0,36 -0,84* 0,62 7

504271 (2) 0,49 -0,22 -0,83* 0,63 0,38 -0,85* 0,59 7

504271(3) 0,37 -0,05 -0,83* 0,63 0,49 -0,87* 0,59 7

504272(1) 0,35 -0,94* -0,51 -0,16 -0,94* -0,57 0,95* 6

504272 (2) 0,30 -0,93* -0,51 -0,21 -0,95* -0,66 0,95* 6

504272 (3) 0,28 -0,92* -0,51 -0,23 -0,94* -0,67 0,94* 6

504273 (1) 0,30 -0,17 -0,68 0,26 0,05 -0,67 0,30 7

504273 (2) -0,30 0,33 -0,68 -0,11 0,18 -0,64 0,34 7

504273(3) -022 0,57 -0,68 0,23 0,59 -0,69 0,61 7

* Зависимость достоверна при 95%-м уровне вероятности.

2,5

1,5

0,5

0

60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 х - количество производимого изопренового каучука, т/год

Рисунок 9 - Зависимость между количеством выбросов изопрена и количеством производимого изопренового каучука за период с 2000 по 2004 гг. (источник 504272)

Цех И-11 предназначен для производства катализаторов различных марок, используемых в процессах дегидрирования изопентана в изоамилены, изоамиле-

нов в изопрен, для частичной переработки и утилизации отработанного катализатора, производства сухого пигментного порошка, применяемого для изготовления красок. Цех введен в эксплуатацию в 1966 г. Одно из отделений цеха И-11 предназначено для производства катализатора ИМ-2203, применяемого для дегидрирования изопентана в изоамилены. Технологический процесс состоит из следующих стадий: подготовка сырья, приготовление рабочих растворов, осаждение, сушка, активация, загрузка готового катализатора в железнодорожную или автоцистерну. Основное количество выбросов образуется на стадии сушки и активации катализатора.

Отбор проб промышленных выбросов и их анализ на содержание катализа-торной пыли и оксида хрома (VI) проводился из источника выбросов № 506509.

На рисунке 10 приведены данные динамики изменения производства катализатора за рассматриваемый период.

Т/ГОД 6000

Рисунок 10 - Данные динамики изменения производства катализатора ИМ-2201 за период с 1994 по 2004 гг.

На рисунке 11 приведены данные по динамике выбросов пыли катализатор-ной за период с 1994 по 2004 гг. Результаты корреляционного анализа данных по цеху И-11 за период 1994-2004 гг. приведены в таблице 4.

г/с

Рисунок 11 - Данные по динамике выбросов пыли катализаторной из источника № 506509 за период с 1994 по 2004 гг.

Таблица 4 - Результаты корреляционного анализа данных по цеху И-11 за период

1994-2004 гг.

Номер источника выбросов Парные коэффициенты корреляции Частные коэффициенты корреляции Множественный коэффициент корреляции Величина выборки N

Гхг Гхуг V г 1"хг-у

Цех И-11; Загрязняющие вещества: 1 - пыль катализаторная; 2 - оксид хрома (VI)

506509(1) 0,67 -0,43 -0,82* 0,75 0,28 -0,79* 0,70 7

506509(2) 0,07 -0,28 -0,82* -0,28 -0,39 -0,83* 0,40 7

* Зависимость достоверна при 95%-м уровне вероятности.

Из таблицы 4 следует, что между изучаемыми характеристиками не было зафиксировано достоверной связи ни по одному из анализируемых загрязняющих веществ.

Подобным образом были проанализированы и данные по выработке продукции и по выбросам загрязняющих веществ на других промышленных объектах — цех АД-1, цех «Обжиг» цементного производства (ОАО «Сода»). На изученных объектах достоверная связь между объемом производства и объемом выбросов для источников с различным составов выбросов не зафиксирована.

Для ряда источников выбросов выявлены линейные зависимости между инструментально измеренной величиной выбросов и концентрацией загрязняющих веществ. Наличие данных зависимостей может быть использовано при контроле

21

соответствующих источников выбросов, поскольку при этом значительно упрощается процедура отбора проб. На рисунке 12 приведено графическое изображение данной зависимости на примере источника № 502075 (ВС-39).

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200с мг(м3

Рисунок 12 - Графическое изображение уравнения линейной регрессии между величиной выбросов М и концентрацией а-метилстирола С на примере источника № 502075 (ВС-39)

На изученных объектах связь между объемом производства и объемом выбросов для источников с различным составов выбросов недостоверна или является частным случаем — выявлена достоверная связь для промышленного объекта со сроком эксплуатации в пределах от 15 до 20 лет (цех И-5В, ист. № 504272).

Таким образом:

1 Для ряда источников выбросов установлено, что существует достоверная связь между сроком эксплуатации технологического оборудования и массой выбросов загрязняющих веществ (Цех Е-2, ист. № 502076, 5020075, 502080, 502083).

2 Постулат о линейном и строго положительном характере связи между анализируемыми параметрами, за редким исключением, не находит подтверждения для рассмотренных производственных объектов.

3 Динамика выбросов загрязняющих веществ в каждом конкретном случае имеет свои особенности, объяснить которые можно либо с точки зрения технологии того или иного процесса, либо принимая во внимание степень изношенности промышленного оборудования, либо экономические факторы, либо взаимодействие всех трех факторов.

Выводы

1 Впервые для ряда источников промышленных выбросов, путем статистической обработки экспериментальных данных, вычислены достоверные коэффициенты корреляции между сроком эксплуатации технологического оборудования и величиной выбросов загрязняющих веществ. Рассчитаны коэффициенты уравнений линейной регрессии.

2 Для рассмотренных производственных объектов доказано, что вопреки распространенному и применяемому в расчетах постулату связь между количеством выпускаемой продукции и массой выделяемых загрязняющих веществ не является достоверной или является частным случаем. Достоверная связь выявлена лишь для промышленного объекта со сроком эксплуатации в пределах от 15 до 20 лет (цех И-5В, ист. № 504272).

3 По эффективности регулирования выбросов в атмосферу выделены три типа промышленных предприятий в зависимости от рыночной конъюнктуры и особенностей технологии:

- Предприятие, на продукцию которого имеется стабильный или повышенный спрос. Вновь вводимые экологизированные производства будут работать параллельно со старыми, исчерпавшими свой технологический ресурс. За счет таких объектов техногенная нагрузка на атмосферный воздух будет возрастать.

- Адаптивный тип производства, когда на основании разнообразных технологий из одинакового сырья производится разнообразная продукция, что дает возможность маневрировать и закрывать нерентабельные цеха и создавать новые более технологичные и соответственно экологичные. Подобные предприятия наиболее перспективны с точки зрения снижения воздействия на атмосферный воздух.

- Предприятия, имеющие длинную технологическую схему получения одного или нескольких наименований продуктов. Радикальное сокращение выбросов в данном случае требует модернизации всего производственного процесса, что экономически затруднительно, приводит к повышению себестоимости товарной продукции, снижению рыночного спроса на нее. Существенное сокращение воздействия на атмосферный воздух для таких предприятий проблематично.

4 Динамика выбросов загрязняющих веществ в каждом конкретном случае имеет свои особенности, объяснить которые можно либо с точки зрения технологии того или иного процесса, либо принимая во внимание степень изношенности промышленного оборудования, либо экономические факторы, либо взаимодействие всех трех факторов.

5 Для ряда источников выбросов выявлены линейные зависимости между инструментально измеренной величиной выбросов и концентрацией загрязняющих веществ. Наличие данных зависимостей может быть использовано при контроле соответствующих источников выбросов, поскольку при этом значительно упрощается процедура отбора проб.

6 Полученные результаты указывают на необходимость коррекции применяемых методов учета и нормирования выбросов загрязняющих веществ путем введения соответствующих поправок на степень изношенности или срок эксплуатации основных производственных фондов.

Основное содержание диссертации опубликовано в 6 работах, из которых 2 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.

1 Пестряев А.Н. Исследование зависимостей между производственными показателями промышленных предприятий и их выбросами в атмосферу на примере г. Стерли-тамака / А.Н. Пестряев // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - № 4. - С. 4152.

2 Пестряев А.Н. Анализ зависимости между величиной выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и объемом производимой продукции на уровне отдельного предприятия / А.Н. Пестряев, Д.В. Зейферт // Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров: материалы Всероссийской научно-практической конференции (г. Стерлитамак, 28-29 сентября 2006 г.). - Уфа: УГНТУ, 2006. - С. 305-306.

3 Пестряев А.Н. Оценка взаимосвязи между выбросами промышленного предприятия и его производственными показателями / А.Н. Пестряев, Д.В. Зейферт // Башкирский экологический вестник. - 2007. - № 1 (17). - С. 7-9.

4 Пестряев А.Н. Аначиз многолетней динамики воздействия на атмосферный воздух г. Стерлктамака стационарных и передвижных источников / А.Н. Пестряев, В.А. Кузьмина, Т.В. Степанова, Д.В. Зейферт, М.С. Клявлин // Башкирский экологический вестник. - 2007. - № 2 (18). - С. 9-13.

5 Зейферт Д.В. Специфика учета промышленных выбросов в атмосферу применительно к современным реалиям российской промышленности / Д.В. Зейферт, А.Н. Пестряев, М.С. Клявлин // Экология и жизнь: материалы ХШ Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2007. - С. 99-102.

6 Пестряев А.Н. Характер связи между производительностью, сроком эксплуатации промышленного предприятия и его выбросами в атмосферу / А.Н. Пестряев // Башкирский химический журнал. - 2008. - № 2, Т.15. - С. 119-123,

Отпечатано в типографии «Спринт», г. Стерлитамак, ул. Вокзальная 13а тел.: (3473) 25-85-85 Усл.-п. 1,5л. Уч.-изд. л. 1,5 Тираж 90 экз. Заказ № 8965