Введение к работе
Актуальность темы. Рост городов способствует формированию в границах градо-промышленных агломераций дефицита свободных территорий, доступных для освоения. При этом, как показывает практика, в ареале потенциального развития агломераций расположены десятки объектов размещения и захоронения отходов, отработанных карьеров, участков аварийных проливов загрязняющих веществ, бездействующих зданий и сооружений. Общая площадь территорий, занятых подобными объектами, достигает десятков гектар и требует производства комплекса мероприятий с целью снижения уровня существующей техногенной нагрузки и возврата земель в хозяйственное использование. По генезису все перечисленные объекты являются техногенными и в совокупности с компонентами окружающей среды образуют природно-техногенные системы (ПТС), развивающаяся во времени и пространстве как единое целое.
Известные методы и технологии восстановления подобных ПТС часто неэффективны. Не учитывается сложность структуры и состава ПТС, обусловленная неорганизованными условиями их формирования и продолжительным жизненным циклом в естественных условиях. Ресурсные и геоэкологические особенности промышленного кластера как основного источника генерации ПТС не принимаются во внимание. В результате, даже после производства восстановительных работ ПТС продолжают оказывать отрицательное воздействие на компоненты окружающей, а восстановленная территория не находит целевого использования. При этом отсутствует теоретическая база комплексной оценки состояния нарушенных ПТС для разработки технологий их управляемого восстановления с целью последующего освоения, а существующие отраслевые требования и принципы производства восстановительных работ предполагают наличие исчерпывающих сведений о структуре, составе и свойствах, компонентов их формирующих. Решение проблемы эффективного восстановления и освоения ПТС в условиях неопределенности их структуры, состава и генезиса формирования требует разработки теоретических положений комплексной оценки и технологий восстановления и освоения нарушенных территорий, выходящих за рамки понятия "рекультивация".
Степень разработанности проблемы. Следует высоко оценить научные работы отечественных авторов, посвященные оценке состояния и восстановления ПТС: по методологическому обеспечению - В.В.Дмитриева, И.И. Мазура, В.И. Осипова, Н.Ф.Реймерса, В.Д.Кальнера и др.; по реализации системного подхода в управлении экологической безопасности ПТС при строительстве - В.И. Теличенко, М.Ю. Слесарева и др.; по теории и методам оценки геоэкологической безопасности создаваемых и восстанавливаемых ПТС - Т.Г.Середы, М.В. Графкиной, В.В. Гутенева, Ю.В. Трофименко; по направлениям и технологиям восстановления нарушенных ПТС, в том числе при строительстве и обращении с отходами - И.К. Яжлева, К.Л. Чертеса, Е.В. Щербины, В.Ф. Ку-тенева, В.А. Звонова, В.Н. Коротаева, Д.Ю. Ступина, И.М. Сенющенковой и др.
Известные системы оценки нарушенных ПТС, предполагают проведение комплекса инженерных изысканий, при этом отсутствует система комплексной оценка ПТС в границах ее расположения и потенциального влияния. Не учитываются характер сопряженных геосистем, состав и структура техногенных образований и транспортно-логистическая доступность источников производства рекультивационных материалов, что сопровождается удорожанием стоимости восстановительных работ при неопределенности направлений целевого освоения территории. Актуальной остается проблема развития крупных градопромышленных агломераций в условиях дефицита свободных территорий и значительного уровня аккумулированной техногенной нагрузки в резуль-3
тате реализации строительно-хозяйственной деятельности. Отсутствие комплексного подхода в области оценки состояния нарушенных ПТС и разработки технологий управляемого восстановления зачастую нивелирует их эффективность при достаточной высокой стоимости работ и отсутствии перспектив возможного хозяйственного освоения земель. Актуальность исследования данной проблемы чрезвычайно высока, так как методология исследования и результаты ее практического решения затрагивают интересы общества, предприятий, институтов государственной власти и направлены на обеспечение инвестиционной привлекательности и благоприятной окружающей среды крупных градопромышленных агломераций.
Цель диссертационной работы: разработка комплексной оценки и технологий восстановления природно-техногенных систем, нарушенных строительно-хозяйственной деятельностью, для последующего освоения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
разработаны теоретические положения и методологическая база оценки состояния ПТС позволяющая обосновать направлений их восстановления и последующего освоения;
разработана этапная система оценки ПТС с учетом трансформации на выделенных стадиях жизненного цикла и перспективой освоения в условиях регионального кластера;
разработаны технологические основы, базовые принципы и технологии управляемого восстановления ПТС для последующего освоения;
разработаны конструктивно-технологические оформления и апробированы технологии восстановления и освоения ПТС в виде комплексов рециклирования.
Рабочая гипотеза диссертационного исследования, основана на предположении о возможности вовлечения нарушенных природно-техногенных систем в хозяйственный оборот путем направленного воздействия на их структуру и состав с использованием технологий восстановления. Причем, использование подобных технологий с минимальными экологическими издержками возможно в условиях комплексов рециклирования территорий, а создание которых сопряжено с необходимостью учета пространственно-временного позиционирования, структурной организации и потенциальной рецикли-рующей способности нарушенных ПТС.
Научная новизна
1. Предложена методология оценки ПТС на основе бинарного подхода: как террито
риальных единиц геосреды и как объектов трансформации техногенных образований.
Оценка ПТС как территориальных единиц геосреды производится с учетом взаимного позиционирования объектов и анализа ресурсных возможностей региона для определения направлений перспективного освоения. Оценка ПТС как объектов трансформации техногенных образований, с дифференцированием на базовые составляющие, отнесением к стадии жизненного цикла, выделением фрагментов неоднородной структуры и состава и индикацией способности к биоразложению, позволяет разработать технологии управляемого восстановления.
-
Для ПТС в условиях достижения сродства базовых составляющих выделены стадии жизненного цикла: диссипация, агломерация и ассимиляция. Отнесение ПТС к стадии жизненного цикла производится с использованием групп характеристик: структурно-геометрических, хронологических, геоэкологических, геомеханических и биохимических.
-
Учет стадий жизненного цикла ПТС определяет набор технологий восстановления и перспективные направления освоения нарушенных территорий.
4. Предложены базовые принципы восстановления нарушенных ПТС с созданием на их основе комплексов рециклирования ПТС: «доминирования техногенного образования», «обеспечения условий природного подобия базовых составляющих», «кластерный», «конструктивно-компоновочный».
Практическая значимость и реализация результатов работы:
-
На основе результатов предложенной методологии оценки ПТС как бинарной системы возможна разработка научно обоснованных технологий управляемого восстановления с минимальным воздействием на природную геосреду.
-
Использование параметрических групп характеристик позволяет оценить состояние нарушенных ПТС на выделенных стадиях жизненного цикла, установить соответствие направления освоения территории выделенной стадии и предложить технологии управляемого восстановления с минимальными геоэкологическими и финансовыми издержками.
-
Базовые принципы восстановления положены в основу создания новых технологий управляемого воздействия на ПТС, в частности: агрегационной технологии геоконтейнерной обработки шламов, конверсионных технологий обработки углеводородсодер-жащих техногенных образований, жидких техногенных образований накопителей с использованием станций аэрации, инокуляции массивов твердых коммунальных отходов.
-
Показана возможность использования технологий управляемого восстановления нарушенных ПТС в составе инженерных комплексов рециклирования: агрегации шламов ТЭЦ, конверсии нефтезагрязненных материалов и реконструкции сооружений.
Перечисленные комплексы запроектированы и внедрены в составе мероприятий по восстановлению нарушенных ПТС в агломерациях «Куйбышевская», «Новокуйбышевская» и «Отрадненская» с общим экономическим эффектом 273 млн. руб.
Положения, выносимые на защиту
-
Комплексный подход к оценке ПТС как бинарных систем по признакам пространственно-временного позиционирования, структурной организации и потенциальной ре-циклирующей способности доминирующих базовых составляющих.
-
Теоретические положения и методология оценки ПТС для обоснования экологически целесообразных технологий их восстановления и перспективных направлений освоения.
-
Базовые принципы восстановления нарушенных природно-техногенных систем с целью перспективного освоения их территорий в качестве функциональных зон комплексов рециклирования.
-
Технологии направленного воздействия на ПТС при их восстановлении с учетом результатов оценки стадии их жизненного цикла, структуры и состава.
Личный вклад автора состоял в определении основных направлений, методов и объектов исследований, разработке методического обеспечения, организации и проведении исследований с систематизацией, обсуждением и интерпретацией полученных результатов. Все представленные в диссертации технологии восстановления и освоения природно-техногенных систем теоретически обоснованы, разработаны и внедрены под руководством автора в качестве главного специалиста проекта и при его непосредственном участии. Эмпирическую базу работы составляют материалы исследований по проблемам оценки состояния территорий, нарушенных строительно-хозяйственной деятельностью и направлениям их перспективного освоения, а также результаты научно-исследовательских работ, выполненных при участии автора в 2011-2012 г.г. в рамках государственных программ развития высшей школы РФ, а именно:
- «Исследование кинетических закономерностей интенсификации биодеструкции
многокомпонентных гетерогенных углеводородсодержащих отходов» (2011,
№ гос.регистрации:01201153846);
- «Разработка комплексной системы переработки и утилизации сильнообводненных
и пастообразных отходов» (2012, № гос.регистрации:01201257752).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается и подтверждается использованием современных методов при проведении полевых, камеральных и лабораторных исследований, в области обработки массивов многомерных данных, теоретической и графической интерпретации и аппроксимации полученных результатов. Основные научные результаты исследований подтверждены патентами, внедрены на практике в составе конструктивно-технологических решений проектно-сметной документации, получивших положительные согласования государственных экспертных организаций.
Апробация результатов исследований. Положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на V Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (г. Санкт-Петербург, 2003); II Всероссийской научно-практической конференции «Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов» (г. Самара, 2003); X Международной конференции по хемометрике в аналитической химии (Линдоя, Бразилия, 2006); V Международном симпозиуме РФФИ «Современные методы анализа многомерных данных» (г. Самара, 2006); VIII Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (г. Пенза, 2006); X Скандинавском симпозиуме по хемометрике (Лаппеенранта, Финляндия, 2007); Х Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2009); Петербургской технической ярмарке (г. Санкт-Петербург, 2011, 2012); Международном форуме по управлению отходами, природоохранным технологиям и возобновляемой энергетике WasteTech/ВэйстТэк (г. Москва, 2011, 2013); Международном экологическом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT (г. Тольятти, 2011, 2013); Промышленном салоне «Экспо-Волга» (г. Самара, 2012); выставке «Нефтедобыча. Нефтепереработка. Химия», «Экспо-Волга» (г. Самара, 2011,2012,2013)
Разработанные положения апробированы в ходе выполнения проектных работ и внедрены для объектов: ОАО «Самаранефтегаз» (2008–2011), ОАО «Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод» (2006, 2009, 2011), ОАО «Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод» (2010), ОАО «Сызранский нефтеперерабатывающий завод» (2000, 2006). Осуществлена подготовка территории промышленных площадок ОАО «Куйбышевский НПЗ» и ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» к новому строительству, а также рекультивация полигонов размещения коммунальных отходов «Тимофеевский» и «Отрадный».
Восстановлено и подготовлено для хозяйственного использования более 200 га территорий, нарушенных строительством и деятельностью жилищно-коммунального комплекса (2002–2012). Новизна технических решений подтверждена 4 патентами на изобретения и 1 свидетельством на полезную модель Российской Федерации. Материалы диссертации используются в учебном процессе СамГТУ.
Публикации по результатам исследований. По теме диссертации опубликовано 50 работ, из них 15 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 патента на изобретение и 1 свидетельство на полезную модель, 5 монографий.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 323 листах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, библиографического списка из 409 наименований, содержит 57 рисунков, 46 таблиц и приложения.
Похожие диссертации на Оценка и восстановление природно-техногенных систем, нарушенных строительно-хозяйственной деятельностью
