Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 7
1.1. Основные условия сохранения экологического равновесия в природе 7
1.2. Экологические последствия эксплуатации энергетических объектов 20
Выводы 32
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ИРИСКА 35
2.1. Характеристики и допустимые условия функционирования экологически опасных технических систем 35
2.2. Общие понятия и определения техногенного риска 49
2.3. Методы анализа и оценки риска 66
2.4. Количественная оценка экологической безопасности населения в промышленных регионах 84
Выводы 99
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ 100
3.1. Принципы управления риском 100
3.2. Оптимизация социально-экономического риска 110
3.3. Экономическая оптимизация безопасности экосистем 121 Выводы 125
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ РИСКА 126
4.1. Роль человеческого фактора в обеспечении безопасности технических систем 126
4.2. Принципы формирования культуры безопасности 143
4.3. Применение защитных средств и природоохранных технологий 155
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 169
ЛИТЕРАТУРА 171
- Основные условия сохранения экологического равновесия в природе
- Характеристики и допустимые условия функционирования экологически опасных технических систем
- Принципы управления риском
Введение к работе
Окружающая среда и человек представляют единую замкнутую систему. Человечество своей техногенной деятельностью создает как бы искусственный вариант окружающей среды (техносферу), вытесняя при этом естественную природу (биосферу). Таким образом, техносфера - это часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в техногенные объекты (механизмы, здания, сооружения, горные выработки, дороги и т. д.) с целью наилучшего соответствия своим социально-экономическим потребностям.
Развитие техногенной сферы на планете привело к двум диаметрально противоположным последствиям:
с одной стороны, достигнуты выдающиеся результаты в электронной, атомной, космической, авиационной, энергетической и химической отраслях промышленности, а также в биологии, генной инженерии, предоставившие человечеству возможность продвинуться на принципиально новые уровни во всех сферах жизни и деятельности;
с другой стороны, появились невиданные ранее потенциальные и реальные опасности и угрозы человеку, созданным им объектам, среде обитания не только в военное, но и в мирное время.
Эти угрозы были осознаны в последние десятилетия в связи с крупнейшими техногенными катастрофами на объектах различного назначения:
ядерными (б. СССР — Чернобыльская АЭС, материальный ущерб около 400 млрд. долл.; США — АЭС «Три-Майл-Айленд», материальный ущерб около 100 млрд. долл. и др.);
химическими (Индия, Италия и др.);
космическими и авиационными (США — «Челленджер», «Колумбия»; Россия — аварии на подводных лодках и др.);
на трубопроводных и транспортных системах и т.д.
Перечень катастроф, аварий, пожаров и взрывов с выбросами отравляющих веществ может быть продолжен на многие страницы, а ущерб и последствия вряд ли можно оценить в полной мере.
Следует учесть, что только в России насчитывается около 100 тыс. опасных производств и объектов. Из них около 2300 ядерных и 3000 химических обладают повышенной опасностью. При этом в ядерном комплексе сосредоточено около 10 , а в химическом комплексе — около 10 " смертельных токсодоз.
Ситуация усугубляется еще тем, что для многих потенциально опасных объектов и производств характерна выработка проектных ресурсов и сроков службы. Поэтому их дальнейшая эксплуатация приводит к резкому возрастанию числа отказов и возникновению аварийных ситуаций.
Переход к устойчивому экологически приемлемому развитию — весьма сложный, долговременный и многофакторный процесс достижения равновесного взаимодействия между обществом и окружающей средой. Этот процесс затрагивает фактически весь комплекс внутренних проблем долгосрочного развития страны, который должен рассматриваться в неразрывной связи трех компонентов: экономика—энергетика—экология.
Одной из ключевых сфер, влияющих на обеспечение устойчивого развития, является энергетика. В то же время путь, по которому сейчас идет мировая энергетика, преимущественно носит природоразрушающии характер, ведет к углублению социального расслоения населения Земли и, таким образом, не отвечает принципам устойчивого развития.
Энергия - это движущая сила любого производства. В распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, что в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения производство и потребление энергии становятся потенциально опасными. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха, воды и почвы, существует опасность изменения мирового климата в ре-
зультате действия парникового эффекта.
Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучие людей, а с другой стороны, сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, и как следствие - к снижению жизненного уровня и даже нанести серьезный ущерб человеческой популяции.
Неопределенность таких проблем окружающей среды как изменение мирового климата и различные точки зрения о разумном балансе между экономическим ростом и его воздействием на окружающую среду, приводят к разной политике в отношении развития ТЭК. Поэтому существуют две принципиально различные позиции развития энергетики.
Концепция «следования традициям» поддерживается многими и предусматривает, что развивающиеся страны пойдут в основном по пути, проложенному развитыми странами. Другая концепция - «сбалансированного развития» -предполагает, что вопросы охраны окружающей среды в мировом масштабе будут решаться всеми народами сообща за счет смягчения потребительской направленности.
Концепция «следования традициям» исходит из того, что в обозримом будущем привычки и образ жизни людей существенно не изменятся, а цены на энергию (особенно нефть) будут постепенно расти, хотя в этом росте могут наблюдаться и скачки. В данной концепции подразумевается, что сохранение потребительского стиля жизни оправдано и что климатические изменения либо не будут представлять серьезной угрозы, либо человечество просто сумеет к ним приспособиться.
Чтобы обеспечить реализацию концепции «сбалансированного развития», необходимо сформулировать и обеспечить выполнение принципов совместимости техногенных объектов, включая объекты топливно-энергетического комплекса, с общими закономерностями эволюции биосферы.
Каждая из указанных концепций будет по-разному отражаться на экологи-
ческой обстановке регионов. Однако уже сейчас очевидно, что экологически чистых энергоносителей быть не может. Использование каждого из них неизбежно сопровождается тепловым загрязнением окружающей среды, выбросами токсичных веществ и СОг, наличием радиоактивности и др. В течение многих лет разрабатываются и корректируются различные программы глобального развития энергетики. Однако все эти подходы объединяет одно - отсутствие фундаментального базиса для согласованного развития технологий ТЭК с устойчивостью биосферы. Для решения этой проблемы большое значение имеет разработка методологии комплексного анализа воздействия энергетических объектов па окружающую среду с учетом показателей риска.
В диссертационной работе рассмотрены методы анализа и управления экологическим риском в энергетике. Исследованы допустимые условия функционирования опасных технических систем. Разработана методология количественной оценки экологического состояния промышленного региона, основанная на расчете двух обобщающих показателей: 1) экологической опасности — свойства техногенных объектов оказывать отрицательное воздействие на людей и окружающую среду; 2) экологической безопасности — состояния защищенности людей и окружающей среды от экологической опасности.
Особое внимание в диссертации уделено вопросам управления риском в социальных системах и для конкретных промышленных объектов, а также способам снижения риска с учетом влияния человеческого фактора и использования природоохранных технологий и защитных средств.
Общий объем диссертационной работы составляет 180 стр., в т.ч. 30 рисунков. Список использованной литературы на 9 стр. содержит 109 наименований.
Основные условия сохранения экологического равновесия в природе
На основании огромного количества достоверных физических, биологических, геологических и других научных фактов выявлены основные положения, характеризующие устойчивость развития жизни на Земле. Первое положение состоит в том, что окружающая среда на нашей планете — это результат деятельности биоты на протяжении сотни миллионов лет ее существования. Биота (от греч. biote — жизнь) — это исторически сложившаяся совокупность растительного и животного мира, объединенных общей областью существования и распространения. Очевидно, что в каждый конкретный момент времени биота адаптировалась к окружающей среде, по достаточно быстро сама стала созидающей силой. И от элементарной, примитивной адаптации она перешла к активному воздействию на окружающую среду, к формированию среды своего существования. Систему физических, геологических, химических и прочих объектов на Земле, которые испытывают воздействие биоты и оказывают влияние на нее, называют биосферой.
Согласно второму положению биота, как любой регулятор, имеет определенные пределы, в которых она может эффективно выполнять свою регулирующую функцию. Эти пределы обусловливаются возможностью регулятора справляться с возмущениями окружающей среды. Пределы такого регулятора — это те небольшие возмущения, с которыми он может еще справиться.
Третье положение указывает на то, что возможности биоты к саморегулированию уже давно нарушены человеком. Сейчас основные возмущения окружающей среды на Земле имеют земное происхождение и их генератором является человек. Это техногенные, антропогенные воздействия. Человек превысил пределы регулирования, доступные биоте, которые характеризуются хозяйственной емкостью биосферы.
Антропогенные воздействия сводятся не только к загрязнению окружающей среды и разрушению биоты. Они могут привести также к тому, что регулятор полностью выйдет из строя. Тогда начнутся необратимые и непредсказуемые изменения биосферы.
Устойчивость биосферы обусловлена тем, что в природных экосистемах происходят многочисленные и взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы, способные нейтрализовать и утилизировать определенное количество загрязняющих и вредных веществ, т.е. экосистемы имеют ограниченную способность к самовосстановлению и сохранению устойчивого (гомеостатического) состояния. Любое экологически приемлемое развитие представляет собой цепь последовательно сменяющихся гомеостатических состояний, и поэтому такое развитие является устойчивым.
При достижении техногенных нагрузок на экосистему (в частности, количества загрязняющих веществ) выше предельных значений, которые обусловлены ее экологической емкостью, происходит нарушение биологического равновесия, и такая техногенная экосистема теряет свое устойчивое состояние, т.е. происходит ее деградация и разрушение. Это выражается прежде всего в уменьшении биологического разнообразия видов и их продуктивности в экосистеме. Чем менее биологически разнообразна экосистема, тем хуже условия выживания в ней сохранившихся биологических видов, тем быстрее они вымирают. Это означает, что процесс уменьшения биоразнообразия имеет характер цепной реакции, отличаясь лавинообразным ускорением. По мере протекания такого процесса резко снижаются шансы на выживание еще сохранившихся биологических видов, в том числе и человека. Очевидно, что человек не будет самым последним из оставшихся на Земле биологических видов.
Ранее (за исторически известный период) биологическое развитие человека не подвергалось никакой угрозе и было устойчивым. Однако за последние десятилетия из-за существенного неконтролируемого техногенного воздействия на природу интенсивность деструктивных явлений в биосфере стала превышать силу созидательных процессов, и биосфера начала терять свою устойчивость, превращаясь в другое состояние, в котором исчезают условия для жизни человека. Поэтому возникла тенденция неустойчивости в биологическом развитии человека, и актуальной задачей именно нынешнего поколения людей является преодоление такой опасной тенденции и обеспечение вновь устойчивого развития человечества. Задержка с переходом к устойчивому развитию грозит крупными необратимыми экологическими катастрофами, для ликвидации последствий которых потребуется в десятки раз больше средств, чем па планомерную деятельность по осуществлению такого перехода.
Ясно, что научно-технический прогресс сам по себе не предотвратит биосферную катастрофу. Его плодами пользоваться необходимо, и очень важно уметь ими пользоваться, но главное — не его достижения, а социальные и экономические перемены, без которых нормализовать воздействие человеческой цивилизации на окружающую среду невозможно. Техника не может заменить биоту в регулировании окружающей среды, поэтому главная задача — прекратить уничтожение биоты, дать ей возможность восстановить свою регулирующую потенцию, т.е. отступить, оставив ей столько «места», сколько ей для этого требуется.
Таким образом, единственный выход, при котором человек сможет выжить как биологический вид и сохранить возможности своего существования и развития — это вернуться в пределы хозяйственной емкости биосферы. Для этого, конечно, нужно отрегулировать скорость техногенного воздействия, который в настоящее время происходит примерно в тысячу раз быстрее, чем эволюция биоты. Естественно, при такой скорости техногенной эволюции биота, которая сохраняет для человека возможности его существования, теряет всякую возможность адаптироваться к тому, что творит человек.
Характеристики и допустимые условия функционирования экологически опасных технических систем
Под технической системой (объектом) понимают упорядоченную совокупность отдельных элементов, функционально связанных между собой и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение заданных функций (достижение цели) при различных состояниях работоспособности.
Системы функционируют в пространстве и времени. Процесс функционирования систем представляет собой изменение состояния системы, переход ее из одного состояния в другое. В соответствии с этим системы подразделяются на статические и динамические.
Статическая система — это система с одним возможным состоянием. Динамическая система — система с множеством состояний, в которой с течением времени происходит переход от одного состояния в другое.
С позиций безопасности задачи исследования технических систем заключаются в том, чтобы оценить, каким образом элементы системы функционируют при своем взаимодействии и по каким причинам может произойти отказ, грозящий негативными последствиями. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Опасные состояния вызываются одним или несколькими элементами, приводящими к отказам в системе. Окружающая среда, персонал, старение могут влиять на систему только через ее элементы (рис. 2.1).
Каждый элемент системы связан с другими элементами специфическим образом, а идентичные элементы могут иметь различные характеристики в различных системах. Поэтому необходимо уточнять взаимосвязи и топографию системы. Взаимосвязи и топографию определяют, например, путем изучения системы трубопроводов данного объекта, электрических схем, механических соединений, потоков информации, а также физического расположения элементов. Эти связи наилучшим образом можно представить в виде различных схем системы; технических описаний системы, карт технологических потоков и др.
Анализ работы опасного производства показывает, что даже при нормальном функционировании влияние таких объектов на окружающую среду связано как с социально-психологическим воздействием на людей, так и с определенной потенциальной опасностью загрязнения атмосферы и прилегающей территории опасными веществами из-за недостаточно надежных технологий, недостаточной эффективности работы фильтровентиляционных устройств и вследствие других причин.
С другой стороны, как показывает отечественная и мировая практика, добиться полностью безаварийной работы экологически опасных предприятий в различных отраслях промышленности не представляется возможным.
Опасность обычно рассматривают как объективно существующую возможность негативного воздействия на общество, личность, природную среду, в результате которого им может быть причинен какой-либо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий их развитию нежелательные динамику или параметры. Опасность техногенного характера рассматривают как состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, которое может реализоваться в виде прямого или косвенного ущерба для объекта (предмета) воздействия постепенно или внезапно и резко в результате отказа системы.
Определяющие признаки опасности - это либо возможность непосредственного отрицательного воздействия на объект (предмет) воздействия, либо возможность нарушения нормального состояния элементов производственного процесса, в результате которого могут возникнуть аварии, взрывы, пожары, травмы.
Принципы управления риском
Управление безопасностью (риском) — это часть системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности промышленных аварий для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба материальным ценностям и окружающей природной среде. Такой подход, основанный на анализе риска, включает разработку и обоснование оптимальных программ деятельности по достижению наилучшего из возможных способов повышения безопасности до уровня, который общество считает приемлемым (с учетом ограничений на ресурсы и время). Таким образом, для корректного решения проблемы управления безопасности как потенциально опасных объектов, так и территорий вблизи их расположения необходимо иметь: установленные на нормативном правовом уровне критерии приемлемости риска и научно-методический аппарат для анализа факторов риска и количественной оценки соответствующей системы показателей безопасности объектов и территорий.
Общим в оценке риска и управления риском является то, что они — две стадии единого процесса принятия решения, основанного на характеристике риска. Такая общность обусловлена их главной целевой функцией - определением приоритетов действий, направленных на уменьшение риска до минимума, для чего необходимо знать как его источники и факторы (анализ риска), так и наиболее эффективные пути его снижения (управление риском). Взаимосвязь между оценкой риска и его управлением показана на рис. 3.1.
Основное различие между этими двумя понятиями заключается в следующем. Оценка риска строится на фундаментальном, прежде всего научном и инженерном изучении источника опасности, факторов риска и механизма взаимодействия между ними. Управление риском опирается на экономический и социльный анализ, а также на законодательную базу, которые не нужны и не используются при оценке риска. Управление риском имеет дело с анализом альтернатив по минимизации риска, т.е. является, по сути дела, частным случаем класса многокритериальных задач принятия решения в условиях неопределенности. Оценка риска служит основой для исследования и выработки мер управления риском в соответствии с алгоритмом действий (рис. 3.1).
Заключительная фаза процедуры оценки риска — определение характеристики риска — одновременно является первым звеном процедуры управления риском.
Первоначальный подход к обеспечению безопасности при эксплуатации технических систем базировался на концепции «абсолютной безопасности» -ALAPA (As Low As Practicable Achievable) - «настолько низко, насколько это достижимо практически», т. е. внедрение всех мер защиты, которые практически осуществимы. Как показала в дальнейшем практика, такая концепция является несостоятельной, так как абсолютная безопасность достигается лишь в системах, лишенных запасенной энергии. Требование абсолютной безопасности, подкупающее своей гуманностью, становится недостижимым, потому что обеспечить нулевой риск в действующих системах невозможно и человек должен быть всегда ориентирован на наличие соответствующего риска.
Поэтому в настоящее время концепция абсолютной безопасности заменена па концепцию «приемлемого» (допустимого) риска, известного как принцип ALARA (As Low As Reasonable Achievable) - «настолько низко, насколько это достижимо в пределах разумного», учитывая социальные и экономические факторы. Это означает, что если нельзя создать абсолютно безопасные технологии, обеспечить абсолютную безопасность, то следует стремиться к достижению хотя бы такого уровня риска, с которым общество в данный период времени сможет смириться.
