М.Т.Омарбекова, к.т.н.

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати

г. Тараз

Автоматизированные системы инженерно-экологического мониторинга выбросов, сбросов и отведенных вредных веществ в швейном производстве

Известно, что функциональный состав инженерно-экологического мониторинга включает две самостоятельные его разновидности: первая – экологический мониторинг, как система наблюдений за антропогенными изменениями природной среды и прогнозирования ее состояния; вторая – геотехнический мониторинг, как система оценки техногенного источника и экологического риска в процессе функционирования объекта [13, 28]. Исходя из цели и задач исследования, в работе рассматривается геотехнический мониторинг, то есть определение уровня техногенных воздействий предприятий легкой промышленности на природно-техническую геосистему (ПТГ). В настоящее время практическую реализацию инженерно-экологического мониторинга можно осуществить с помощью автоматизированных систем.

Анализ современных источников информации [1-5, 7, 8, 9, 10, 12, 13] показывает, что разработка и реализация на практике автоматизированных систем мониторинга (АСМ) выбросов, сбросов и отведенных вредных веществ занимает одно из главных мест в общей системе по обеспечению экологической безопасности населения. АСМ выбросов, сбросов и отведенных вредных веществ предназначена для ведения автоматического непрерывного контроля экологической обстановки на контролируемом объекте, в регионе и для составления базы данных с последующей поддержке принятия управленческих решений. Система имеет иерархическую структуру, которая строится по радиально-узловому принципу, обеспечивающему функциональную живучесть сети за счет возможности построения обходных каналов связи и автономного режима работы контролера центра сбора и обработки информации, защищена от несанкционированного доступа и размещения настройки. На рисунке 1 изображена блок-схема подсистемы автоматизированной системы инженерно-экологического мониторинга (АСИЭМ). АСИЭМ должна обеспечить: сбор данных от постов контроля выброшенных, сброшенных и отведенных вредных веществ в автоматическом или в ручном режиме, а также их обработку в реальном масштабе времени; оперативное представление информации на экране мониторинга; подачу сигнализации при обнаружении постами контроля превышения ПДК вредных веществ; подготовку выходных документов за требуемые (установленные) промежутки времени; составление базы данных за весь период контроля.

Согласно [3, 8, 10, 13, 14] общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе инженерно-экологического мониторинга ПТГ включает: стационарные или передвижные посты по контролю состояния окружающей среды; инспекционные и экспертные службы получения экологических данных; центры сбора и обработки экологической информации, полученных от постов и служб; пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки. Основными составляющими сети автоматического экологического мониторинга являются датчики и анализаторы; устройства загрузки первичных экологических данных; устройства передачи данных; системы обработки данных. Принципиальная схема АСИЭМ действующего предприятия и территории вокруг него изображена на рисунке 2. Например, согласно [40] для автоматического измерения концентрации наиболее распространенных видов вредных веществ в атмосфере используются следующие основные методы: для определения концентрации диоксида серы и сероводорода – метод ультрафиолетовой флуоресценции; для оксида и диоксида углерода – метод ультрафиолетового поглощения; плазменно-канализационный метод для измерения концентрации суммы углеводородов; для измерения концентрации пыли – метод поглощения бета-излучений, а также традиционные методы аналитической химии и газовой хроматографии

Рисунок 1 – Блок-схема подсистемы автоматизированной системы инженерно-экологического мониторинга

В качестве устройств загрузки экологических данных используются либо универсальные программируемые логические контролеры, либо специализированные микропроцессорные контролеры.

В качестве передающей аппаратуры можно использовать серийные телефонные модемы, использующие стандартные протоколы CCITT, а в качестве принимающей аппаратуры при небольшом числе локальных узлов сети, на первой стадии работы можно использовать те же модемы, стыкуя их с персональными компьютерами.

Средства обработки экологической информации. Для обработки экологической информации используется вычислительный центр (ВЦ). Аппаратура вычислительных центров включает в себя центральную ЭВМ, коммуникационную систему для приема и передачи данных и несколько специализированных автоматизированных рабочих мест (АРМ). Вычислительный центр в целом решает также прикладные задачи обработки и отображения информации. В иерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузки экологических данных не только управляют работой датчиков и анализаторов вредных веществ, но и производят первичную обработку собранных данных (преобразование на стандартные сигналы и т.д.) [16].

Вычислительный центр экологического мониторинга выполняет следующие функции: управление рабочей сети измерений вредных веществ в оперативном режиме; сбор информации от постов контроля загрязнений; ведение банков данных оперативного и долговременного хранения экологической информации; обработку полученной информации для получения общей картины загрязнений, для осуществления экологических оценок, прогнозов и управления; подготовку и выдачу интегральной (обработанной) информации пользователя.

Информационное и программное обеспечение АСИЭМ. Информационное обеспечение АСИЭМ включает в себя: упорядоченную структуру информационных потоков; инфраструктуру собственно информационной базы данных; методику сбора и передачи данных от постов контроля; методику обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды и источников загрязнения; структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Программное обеспечение АСИЭМ должно включать: оперативные системы типа УМ 5, МБ-ВО 5; стандартные базы данных типа БBASE, ОКАСЬЕ с драйверами для подачи данных между различными ЭВМ; картографическое и графопостроительные обеспечения типа МЕККАТОК, MapInfo; мониторы для управления сбором данных; прикладные пакеты программ, работающих на реальном времени для обработки и передачи экологической информации; для оценки, управления и прогнозирования экологической ситуаций.

Базы данных АСИЭМ. Для осуществления АСИЭМ необходимо сначала создать базы данных по: вредным веществам; источникам загрязнения, сырья и ресурсам; району дислокации предприятия – географические информационные системы (ГИС); конструктивным и функциональным характеристикам оборудования производств; приборам отбора и контроля вредных веществ, нормативно-технической документации и по учетно-рабочей документации. Блок-схема базы данных АСИЭМ изображена на рисунке 3.

А – блок первичного сбора экологической информации;

В – центр загрузки, передачи и обработки экологической информации;

С – центр передачи пользователям экологической информации.

Рисунок 2 – Принципиальная схема автоматизированной системы экологического мониторинга действующего предприятия и территории вокруг него

Согласно [8, 14, 15] по способу организации базы данных различаются на реляционные, иерархические и сетевые базы данных. Для составления перечисленных базы данных в работе использован реляционный способ (например, dBASE), а для картографических систем готовая программа с базами данных MapInfo. Например, база данных по воздуху должна включать в себя информацию о качественном и количественном состоянии метеорологических и физических величин, полученных от постов для измерения выбросов вредных веществ, для измерения фоновых параметров атмосферы. В таблице 1 приведены примеры состояния базы данных по характеристикам вредных веществ, выбросам вредных веществ в атмосферу, базы данных по источникам выбросов, а также обобщенная база данных о швейном производстве. Для составления базы данных применен реляционный способ, то есть построенная на основе реляционной модели данных, использующая математическое понятие теоретико-множественного отношения. База данных при этом представлена в виде совокупности таблиц, которых легко можно математически представить в виде матрицы.

Принципы практической реализации АСИЭМ подробно рассмотрены в следующих разделах и подразделах.

Рисунок 3 – Блок-схема база данных АСЭМ

Таблица 1 – Базы данных (БД) по вредным веществам швейного производства

Имя БД	Наименование вредного вещества	Класс опасности	ПДК мг/м^3		Состояние
			мак.раз.	ср.сутч.
SO2	оксиды серы	3	0,5	0,05	газ
CO2	оксиды углерода	4	5,0	3,0	газ
NO2	оксид азота	2	0,085	0,04	газ
FORM	формальдегид	3	0,045	0,014	пары
ETA	этилацетат	4	0,1	0,1	пары
DMT	диметилтерефлат	3	0,5	0,9	пары
BEZ	пары бензина	4	5,0	1,5	пары
BEN	пары бензола	4	1,5	0,1	пары
ATS	пары ацетона	4	0,1	0,1	пары
DHE	дихлорэтан	2			пары
PYLN	пыль неорганическая	3	0,5	0,15	твердые частицы
PYLT	пыль текстильная	3	0,03	0,03	твердые частицы

Литература

1. Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане //Серия публикаций ПРООН Казахстан, NUNDPKAZ 06, Алматы.: 2004. – 210 с.

2. Карпенко В.А. Разработка системы контроля состояния атмосферного воздуха на предприятиях фосфорной подотрасли: автореф. канд. тех. наук – М.: 1992. – 154 с.

3. Егоров Ю.А., Никольский В.С., Суздалева А.А. Экологический мониторинг в регионах атомной электростанции //Инженерная экология. – 2001. №1. – С.10-15.

4. Берчик В.П., Пакшин А.А., Евтеров А.С., Игнатьев А.А., Косяков С.И. Экспертно-расчетная оценка обстановки при радиационной аварии и защитные мероприятия на загрязненной территории //Атомная энергия.– 2000. - Т.89, вып. 6, – С.500-504.

5. Егоров Ю.А. Основные принципы организации и ведения экологического мониторинга в регионе нормально работающей атомной станции //Экология регионов атомных станции. вып. 3. –М.: АЭП, 1995. С.200-08.

6. Польский О.Г., Соболев А.И. Информационно-аналитическая система радиоэкологического мониторинга г. Москвы //Проблемы управления качеством окружающей среды городов: науч.-практ. конф. при РАН, 11-14 апрель. – 1995. – С.77-82.

7. Концептуальная модель базы данных системы контроля и учета источников ионизирующих излучений //Козлов А.А., Соболев И.А., Соболев А.И, Хомчик Л.М. – М.: Энергоиздат, Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: Изотопы в СССР, вып. 75, 1989/90. С.28-37.

8. www. Goskom Ecology. Мониторинг окружающей среды. 12.01.2005. –9 с.

9. Углов В.А., Умяков П.Н. Мониторинг окружающей среды текстильных предприятий //Текстильная промышленность. – 2000. №1. – С.34-36.

10. Мазур И.И., Молдаванова О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. – М.: Высшая школа, 1996. Т. 1, 638 с., Т. 2, 656 с.

11. Измерение в промышленности. Справочник в трех книгах //Под. ред. проф. докт. П.Профоса. Перевод с немецкого под редакцией проф. докт. техн. наук Д.И.Агейкина. – М.: Металлургия, 1990. –500 с.

12. Широков И.Б., Шабалина О.В. Экологический мониторинг: измерение радиуса зон загрязнения приземного слоя атмосферы вблизи промышленных объектов //Инженерная экология. – 2004. №5. – С.51-58.

13. Джефферс Дж. Введение в системный анализ применения в экологии. Пер. с англ. – М.: Мир, 1981. – 253 с.

14. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. – М.: Высшая школа, 1989. – 368 с.

15. Экодинамика и экологический мониторинг Санк-Петербургского региона в контексте глобальных изменений. //Под ред. Кондратьева К.Я., Фролова А.К. – Санкт-Петербург: Наука, 1996. – 300 с.

16. Теняев в.Г. Компьютерная система поддержки государственного экологического контроля территориального уровня: автореф. канд. техн. наук: – М.: 1996. – 22 с.