ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Вугільна промисловість України є основним джерелом отримання енергоносіїв на державному рівні. Вугілля використовується для отримання електроенергії, тепла, як сировину для металургійної та хімічної промисловості.

Для досягнення стабільного видобутку вугілля на будь-якій шахті необхідно вести підготовку запасів вугілля проведенням гірничих виробок. Фактично обсяг видобутку вугілля повністю залежить від фронту підготовчих виробок, без яких неможливо ввести в експлуатацію нові ділянки видобутку. Проведення підготовчих виробок пов'язане з отриманням великої кількості порожньої породи, видачею її на поверхню і розміщенням на землях, які можливо використовувати для інших цілей.

Істотний вплив на природне навколишнє середовище надає видача і переробка гірничої маси і порід від проведення гірничих виробок, які виражаються в занятті земель під відвали, порушенні природного ландшафту земної поверхні, забрудненні атмосфери твердими і газоподібними домішками, забрудненні водойм шламовими водами. Кожна тисяча тонн підземного видобутку супроводжується видачею на поверхню 110–150 м.куб. порід [7].

На вугледобувних і вуглепереробних підприємствах поряд з виробництвом основної продукції утворюється велика кількість газоподібних, твердих і рідких відходів (шахтний метан, порода, хвости збагачення, стічні води). Вищеперелічені відходи негативно впливають на діяльність підприємств, так як вимагають витрат на їх збір, транспортування, зберігання, а також ускладнюють екологічну обстановку в районах розміщення шахт.

Одним із пріоритетних напрямів діяльності у забезпеченні безпечної життєдіяльності населення регіону є контроль за виділенням на територіях гірничих відводів ліквідованих шахт.

1. Мета і задачі дослідження

Метою магістерської роботи є створення автоматизованої системи моніторингу забруднення навколишнього середовища породними відвалами.

В ході виконання роботи планується рішення наступних задач:

  1. Організація системи збору та обробки даних спостережень.
  2. Організація зберігання даних спостережень, ведення бази екологічних даних.
  3. Оцінка стану об'єктів навколишнього природного середовища.
  4. Визначення необхідної кількості точок вимірювання, а також їх локалізації та періодичності проведення для отримання достатньої кількості інформації.

2. Актуальність роботи та наукова новизна

Проблема зменшення викидів в атмосферу летких сполук надзвичайно актуальна для збереження захисного шару атмосфери і здорового середовища існування людства. Летючі речовини токсичні, вони беруть участь у фотохімічних реакціях окислення. Найбільшу загрозу леткі сполуки становлять для озонового шару, службовця захистом від шкідливого впливу короткохвильової ультрафіолетової радіації Сонця на живі організми.

На даний момент існують різні системи моніторингу навколишнього середовища: стаціонарні, пересувні, портативні. Проте в Україні до цих пір вони не отримали достатнього поширення.

Наукова новизна виконуваної роботи полягає у визначенні необхідної кількості точок вимірювання, а також їх локалізації та періодичності проведення для отримання достатньої кількості інформації.

3. Заплановані практичні результати

В результаті виконання магістерської роботи планується створення мобільної автоматизованої станції моніторингу забруднення навколишнього середовища породними відвалами.

4. Постановка задачі

Породний відвал — техногенний масив, що формується на спеціально відведеній площі з гірських порід, одержуваних у процесі розробки родовища.

Всього на території Донецької області на державному балансі налічується 756 родовищ корисних копалин з 36 видами сировини, з них 291 родовищ вугілля. Також на території Донецької області розташовано 580 відвалів гірських порід вугільних шахт та вугледобувних фабрик, з яких 130 горять. На даний момент в експлуатації перебувають 125 відвалів порід, з яких горять 60 [5].

Окислення і горіння порід супроводжується викидами широкого спектра летючих компонентів: водяної пари, а також різних токсичних елементів: сульфатів, ртуті, миш'яку, кадмію та ін.

На даний момент ведеться активна робота зі зниження можливих негативних наслідків того чи іншого виду господарської діяльності, спрямована на розробку ефективних методів очищення газових викидів і стічних вод, на обгрунтування норм допустимих впливів на природні екосистеми. Серед таких досліджень особливе місце займають дослідження по створенню і застосуванню систем моніторингу повітряного середовища.

У загальному випадку система моніторингу повинна складатися з об'єднаних в єдину мережу станцій контролю забруднень атмосфери, основу яких складають засоби вимірювання (газоаналізатори), підключені до пристроїв збору, обробки і аналізу інформації.

Сучасні системи моніторингу забруднення навколишнього середовища працюють в автоматичному і безперервному режимі. Весь процес вимірювань і обробки результатів здійснюється безпосередньо на станції, без участі людини і транспортування проб в лабораторію. Для отримання достовірної картини забруднень атмосфери необхідно здійснювати вимірювання безупинно, до того ж виключення людини з процесу вимірювань дозволяє уникнути грубих помилок і впливу людського фактора.

Породні відвали є джерелом безперервних, відносно рівномірних забруднень. Тому необхідність у використанні стаціонарних станцій відсутня. Кращим варіантом для них є мобільні (пересувні) станції моніторингу забруднень атмосфери, які розміщуються на автомобільних засобах.

Пересувна лабораторія моніторингу забруднення атмосферного повітря — комплексний засіб, призначений для вимірювання концентрації забруднюючих речовин в атмосферному повітрі і для вимірювання метеорологічних параметрів при проведенні маршрутних спостережень. Пересувна лабораторія використовується в районах і на автомагістралях, не охоплених мережею стаціонарних автоматичних станцій [9].

Пересувні лабораторії моніторингу, як і стаціонарні станції, включають датчики, комп'ютери та засоби зв'язку. На додаток до цього вони повинні містити акумулятори, від яких буде працювати вся апаратура.

Наявність досить великого масиву даних по локальних забрудненнях дозволяє створити математичну модель процесу, що робить можливим по концентраціях контрольованих речовин, щоо вимірюються в даних точках, провести розрахунок їх змісту в інших точках, де вимірювання не проводяться. Це, в свою чергу, дозволяє розрахувати необхідну загальну кількість точок вимірювання, тобто розрахувати мережа атмосферного моніторингу в цілому [4].

Автоматизована система моніторингу забруднення атмосферного повітря породними відвалами включає в себе наступні компоненти:

  1. Автоматичний пост моніторингу навколишнього середовища.
  2. Віддалений web-сервер.

Кількість автоматичних постів не обмежена. Визначення їх кількості та місць розташування є одним з найважливіших завдань екологічного моніторингу. Автоматичний пост контролю атмосферного повітря в свою чергу складається з газоаналізаторів, комп'ютера, засобів зв'язку (Internet).

Газоаналізатор — основний вимірювальний прилад автоматизованої системи, що дозволяє визначити концентрації шкідливих речовин в атмосфері.

До основних характеристик газоаналізаторів відносяться:

На даний момент найбільш поширені електрохімічні газоаналізатори, як найдешевші, універсальні і прості. Вони дозволяють визначати концентрацію газу в суміші за значенням електричної провідності розчину, що поглинув цей газ. Такі прилади здатні забезпечити контроль концентрації газів в режимі реального часу. Однак електрохімічні газоаналізатори мають також і недоліки: невисоку вибірковість і точність виміру; невеликий термін служби чутливих елементів, схильних до впливу агресивних домішок [10].

Віддалений web-сервер складається з двох компонентів:

Апаратна підсистема являє собою комп'ютер, підключений до глобальної мережі Internet, при цьому його розташування не має значення.

Склад, структура та алгоритми функціонування програмного забезпечення визначаються функціями системи обробки, зберігання і представлення інформації.

Структура програмно-апаратного комплексу системи моніторингу забруднень навколишнього середовища породних відвалів виглядає наступним чином (малюнок 2):

Структура програмно-апаратного комплексу системи моніторингу забруднень довколишнього середовища

Малюнок 1 — Структура програмно-апаратного комплексу системи моніторингу забруднень довколишнього середовища

Для здійснення цих дій програмне забезпечення повинне виконувати наступні функції:

5. Огляд досліджень і розробок за темою

Наукові дослідження в галузі охорони навколишнього середовища зараз зорієнтовані на зниження можливих негативних наслідків того чи іншого виду господарської діяльності, спрямовані на розробку ефективних методів очищення газових викидів і стічних вод, на обгрунтування норм допустимих впливів на природні екосистеми. Серед таких досліджень особливе місце займають дослідження по створенню і застосуванню систем моніторингу повітряного середовища.

Для здійснення моніторингу забруднення навколишнього середовища розроблені різні системи. Щорічно проводиться коригування мережі автоматичних станцій моніторингу, розширюється перелік контрольованих забруднюючих речовин і метеорологічних параметрів, які впливають на забруднення повітря.

Розглянемо існуючі системи екологічного моніторингу навколишнього середовища.

Автоматизована система спостережень і контролю навколишнього середовища (АНКОС-АГ) призначена для автоматизованого збору, обробки і передачі інформації про рівень забруднення атмосферного повітря. Система дозволяє безперервно отримувати інформацію про концентрацію домішок і метеорологічних параметрів в населених пунктах або біля великих промислових підприємств. Технічні можливості регістрації, передачі, зберігання та обробки даних про забруднення атмосферного повітря дозволили розробити основні принципи функціонування автоматизованих систем спостереження за станом атмосферного повітря. Системи АНКОС-АГ забезпечують:

Час усереднення даних по концентраціях домішок становить не менше 20–30 хв., що відповідає часу відбору проб в поглинальні прилади. Частота видачі інформації автоматизованої системи може становити від декількох хвилин до декількох годин.

Пересувна лабораторія АТМОСФЕРА-2 призначена для здійснення контролю за забрудненнями повітря, вимірювання метеорологічних параметрів: атмосферного тиску, швидкості і напряму вітру, температури і відносної вологості повітря, а також експресної оцінки забруднення вод і грунту. Лабораторія пересувна АТМОСФЕРА-2 використовується в системі гідрометслужби, організаціях, що здійснюють контроль за забрудненнями атмосфери, води, грунту.

При аналізі стану атмосферного повітря використовуються також різні газоаналізатори і хроматографи. Серед російських виробників даної апаратури можна відзначити підприємство Дельта, Політехформ, Аналіт прилад, ТД Автоматика, Колір та ін. Серед іноземних фірм-виробників портативного хроматографічного обладнання безумовним лідером є РНОТОVАС (Голландія).

Система екологічного моніторингу атмосфери німецької фірми Meteos дозволяє вести безперервні спостереження за такими показниками, як СО, SO2, NOx, O3, пил, метеопоказники. Аналогічна російська система СКАТ фірми ОРТЕХ випускається серійною з 2004 р.

У Києві фірмою Украналіт також був виготовлений експериментальний зразок системи, близької за показниками до СКАТ, проте значно дешевший. Розглянемо його докладніше.

Пересувна лабораторія оснащена автоматичними аналізаторами для визначення концентрації основних та специфічних забруднюючих речовин: оксиду азоту, діоксиду азоту, діоксиду сірки, оксиду вуглецю, зважених речовин, часток зважених речовин з діаметром 10 мкм і менше (РМ-10), аміаку, формальдегіду, хлористого водню, сірководню, обладнанням для вимірювання метеорологічних параметрів, для відбору проб атмосферного повітря та для оцінки рівня шуму, а також — іншим обладнанням за погодженням із замовником.

Система включає наступне прилади та обладнання:

Виміряні значення концентрацій передаються від газоаналізаторів через аналогові виходи на регістратор даних — пристрій, що заміняє комп'ютер і забезпечує управління роботою станції моніторингу, а також збір, обробку, зберігання та передачу інформації через модем по лініях зв'язку на буферний ПК і далі в центр управління якістю повітря. Пристрій здійснює опитування всіх датчиків вимірювального та допоміжного обладнання. Встановлене на зовнішньому віддаленому комп'ютері спеціальне програмне забезпечення дозволяє за допомогою модему і ліній зв'язку (радіо чи телефон) отримувати та обробляти масиви даних на великій відстані від самої станції. Таким чином, станція функціонує автономно.

Вивчивши існуючі системи моніторингу навколишнього середовища, можна зробити наступні висновки:

Таким чином, створення недорогої та надійної автоматизованої системи моніторингу забруднень навколишнього середовища породними відвалами, є дуже актуальним.

Висновки

В результаті виконаної роботи можна зробити наступні висновки:

Надалі планується реалізація наступних етапів:

Список источников

  1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем. — М.: Химия, 2002. — 608 с.
  2. Аверин Г.В. Применение информационных технологий для мониторинга окружающей природной среды / Г.В. Аверин, А.С. Хоруженко // Материалы VIII Международной научной конференции аспирантов и студентов [Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов], Донецк, 14–16 апреля 2009 г. / Донецк: ДонНТУ, ДонНУ, 2009. — 234 с.
  3. Горшков М.В. Экологический мониторинг. Учеб. пособие. — Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. — 313 с.
  4. Исаев Л.Н. Экология и контроль качества атмосферного воздуха (ЗАО ОПТЭК) / Л.Н. Исаев // Химическая техника. — 2003. — № 6. — с.28–30.
  5. Косинова Е.А. Прогнозирование изменений параметров плоского породного отвала при его формировании / Е.А. Косинова, В.Н. Артамонов, В.Г. Ефимов // VІ Міжнародна наукова конференція аспірантів і студентів Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів, Донецк, 17–19 квітня 2007 року / Донецьк: ДонНТУ, 2007.
  6. Эколого-экономический мониторинг окружающей среды: учебное пособие / [В.В. Найденко, Л.Н. Губанов, А.Н. Косариков, И.М. Афанасьева, А.В. Иванов]. — Нижний Новгород, 2003. — 186 с.
  7. Чудновец В.Л. Комплексное использование породы как вторичного сырьевого ресурса / В.Л. Чудновец, В.Н. Артамонов // Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплексне використання надр», Донецьк, 24 листопада 2008 р. / Донецьк: ДонНТУ, 2008. — 100 с.
  8. Экологический мониторинг: шаг за шагом / [Е.В. Веницианов и др.]; под ред. Е.А. Заика. — М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. — 252 с.
  9. ООО Экспертцентр Украина — ведущий отечественный производитель передвижных лабораторий различного назначения [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://moblab.com.ua.
  10. Официальный сайт Аналитприбор.ру [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.analytpribor.ru.


Зауваження!

Під час написання даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне закінчення: грудень 2012 р. Повний текст роботи і матеріали за темою можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.