Антропогенная опасность на этапах жизненного цикла изделий авиационной техники

УДК 629.735

АНТРОПОГЕННАЯ ОПАСНОСТЬ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

О.Г. ФЕОКТИСТОВА, Т.Г. ФЕОКТИСТОВА

В статье освещается прогнозирование антропогенной опасности на всех этапах жизненного цикла авиационной техники. Представлены особенности эксплуатации и ремонта изделий авиационной техники.

Ключевые слова: антропогенная опасность, экологический баланс, число критериев.

Воздействие на окружающую среду транспортных объектов, которыми являются воздушные суда, происходит на всех этапах их жизненных циклов, начиная от добычи сырья, его переработки (получение материалов), изготовления, эксплуатации, ремонта и восстановления, реновации и утилизации объекта, его узлов и деталей.

Экологический баланс транспортного средства - это совокупность всех видов негативного воздействия объекта на окружающую среду при реализации жизненного цикла. Экологический баланс представляется в виде поточных процессов обмена энергией и веществом, выраженных в виде сумм объемов потребления материалов, выбросов вредных веществ, энергозатрат на каждом этапе жизненного цикла одиночного транспортного средства или сооружения.

Окружающая среда районов аэропортов представляет собой сложную экологическую систему, состояние которой меняется под влиянием природных и техногенных воздействий. Прогноз пространственно-временной динамики состояния такой системы и её анализ необходимы для определения направлений устранения либо предупреждения негативных внешних воздействий, т. е. для управления её экологической безопасностью.

Нормальная экологическая обстановка связывается с той структурой биосферы и ее жизнедеятельностью, которая сложилась на данной территории или, точнее, биогеоценозе. Нарушение равновесия, внесенное в экосистему вследствие какого-либо воздействия, в нормальной системе, согласно принципам существования, стимулирует в ней процессы, которые стремятся вернуть систему в исходное состояние.

Однако при достаточно мощном воздействии согласно [1] система может потерять устойчивость и перейти в нестационарное состояние. Представляется, что эта парадигма является ключевой для определения состояния экосистемы. Кроме того, следует понимать, что с точки зрения системного подхода к экологическим проблемам, в качестве системы следует рассматривать всю земную биосферу, а рассмотрение региональных экологических проблем проводить с точки зрения глобальной экологии.

На сегодняшний день, как правило, при оценке экологической обстановки исходят, прежде всего, из санитарно-гигиенических критериев и показателей. Более правильным является концепция приемлемого риска. Основное преимущество подхода к оценке санитарногигиенического состояния с позиций концепции риска заключается в сведении многих нормативных показателей к одному - значению риска, что позволяет сравнивать воздействия различных по природе факторов.

Необходимо оценивать экологическое состояние такими методами, которые не противоречили бы основным экологическим принципам и позволяли бы делать количественные оценки ситуации в целом.

Число критериев должно отвечать требованию объективности и экономии. Объективность растет с числом критериев лишь до определенного предела, после которого начинает снижаться из-за шума, создаваемого малозначащими показателями. Неравноценность критериев связана в

первую очередь со степенью обобщения информации, причем интегральным критериям придается больший вес. Вместе с тем работа с небольшим числом обобщенных показателей может привести к утрате объективности в процессе опосредования информации. Поэтому оптимальным следует считать сочетание обобщенных и частных показателей.

1. Загрязнения воздуха селитебных территорий. Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливается по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммирования биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышений ПДК. В соответствии с действующими ПДК для оценки степени загрязнения воздуха используются фактические максимально разовые и среднесуточные концентрации за последние несколько лет, но не менее, чем за два года.

Путем статистической обработки материала вычисляется такое значение концентрации С95, при котором повторяемость значений концентрации будет ниже или равно этой концентрации в 95% случаев. При загрязнении атмосферы несколькими веществами, обладающими эффектом суммирования биологического действия, рассчитывается приведенная к одному из суммирующихся веществ концентрация С95пр.

2. Воздействие на природную среду загрязнения воздушной среды.

Основными показателями загрязнения атмосферного воздуха, характеризующими воздействие на природную среду (растительность, почвы, поверхностные и подземные воды), являются критические нагрузки и критические уровни загрязняющих веществ. Под ними понимают максимальные значения выпадений или соответственно концентраций в атмосферном воздухе загрязняющих веществ, которые не приводят к заметным изменениям структуры и функции экосистем.

3. Критерии загрязнения водных объектов.

В качестве основных показателей оценки состояния поверхностных и подземных вод выбраны концентрации приоритетных токсических загрязняющих веществ, а также общепринятые физико-химические характеристики: рН, БПКполн, ХПК, растворенный

кислород, биологические характеристики.

Загрязненность подземных вод, не используемых в качестве питьевых, в местах ведения хозяйственной деятельности оценивается по площади загрязнения. При этом, если площадь загрязнения составляет 0,5 кв.км и менее, то ситуация считается удовлетворительной. При больших площадях загрязнения ситуация считается неблагоприятной.

4. Критерии загрязнения почвы.

В оценке экологического состояния почв основными показателями степени экологического неблагополучия является химическое загрязнение. В данном конкретном случае наиболее значимым являются площадь загрязненных земель и концентрации химических веществ.

Для выделенных факторов воздействия собираются и оцениваются, с точки зрения полноты и соответствия требованиям, данные по зависимостям «воздействие-эффект». Используются наиболее простые и наименее трудоемкие подходы и модели, которые, однако, позволяют получить результаты, поддающиеся ясной интерполяции и позволяющие проводить сравнения и оценки.

Между уровнем риска и дозовой нагрузкой, создаваемой веществами, загрязняющими воду, продукты питания и воздух и другими факторами существует тесная связь так называемая зависимость «воздействие-эффект». Можно использовать показатель кратности превышения нормативно допустимой загрязненности среды обитания. Показатель кратности превышения нормативно допустимой загрязненности среды обитания людей Кр оценивается по приведенной сумме кратностей превышения нормативных лимитов общей загрязненности воздуха К1 воды К2 и продуктов питания К3 химическими веществами и радионуклидами. Оценка концентраций загрязняющих веществ проводится с помощью расчетов по физико-математическим моделям или экспериментальным путем. Значения «приемлемого риска» устанавливаются на основании:

экспертных оценок; сравнения полученных уровней с «фоновыми уровнями риска» для данной территории и/или территорий с аналогичными природными условиями; баланса интересов местных органов и учреждений, чья деятельность приводит к техногенному воздействию.

На этом же этапе возможно установление размеров платы за выбросы и сбросы, оценки материального ущерба за счет техногенной деятельности и разработка рекомендаций по снижению уровней загрязнения и риска.

На рис. 1 приведена общая схема оценки риска неблагоприятных последствий для здоровья населения и экологического риска при техногенном загрязнении природной среды [2]. Исходя из этой схемы можно выделить следующие типы информации, необходимой для комплексных оценок риска. Важнейшей характеристикой промышленного или транспортного объекта с точки зрения экологического риска является вероятность аварийного выброса вредных веществ и объем выброса. Для более детальных исследований необходимо знать распределение вероятностей аварий различного типа и вероятности выбросов различного объема и типа при таких авариях.

Следующим этапом при проведении оценок риска является моделирование распространения химических веществ после выброса. Если речь идет о безопасности населения, то достаточно ограничиться моделированием переноса веществ в атмосфере, для чего требуются метеорологические характеристики данной местности. При оценке экологического риска (в том числе из-за долговременного воздействия на население) необходимо учитывать процессы трансформации химического вещества в другие соединения, его перенос, накопление и разрушение в других средах (вода, почва). На этом этапе моделирования, кроме метеоусловий, требуются характеристики почвы, растительности, поверхностных и подземных вод.

На заключительном этапе проведения оценок, когда уже получены пространственные и временные параметры возможного загрязнения, проводится анализ воздействия выброса на экосистему. Данный анализ выполняется на основе известных или специально полученных экотоксикологических сведений о путях поступления загрязняющих веществ в различные звенья экосистемы (рационы, коэффициенты перехода «среда-рацион») и о чувствительности различных организмов и популяций к рассматриваемым загрязнениям. В силу многообразия живых организмов основное внимание должно уделяться наиболее чувствительным видам, а также оценкам накопления вредных веществ животными и растениями, используемыми человеком в пищу. Для проведения подобных исследований требуются характеристики экосистемы в районе возможного загрязнения, сведения об организации водоснабжения и данные о паевых рационах населения, проживающего в опасном регионе. Поскольку наряду с индивидуальным риском важное значение имеет групповой риск (вероятность поражения нескольких людей), к числу необходимых характеристик можно отнести численность и распределение населения в исследуемом регионе.

Деятельность гражданской авиации вызывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, вызывая загрязнение атмосферы, почв и водоемов. На этапе эксплуатации ЛА происходит химическое воздействие на атмосферу, к которому относятся выбросы авиадвигателями вредных веществ и воздействие их на озоновый слой, и физическое воздействие, к которому относятся авиационный шум, звуковой удар и электромагнитное излучение наземных систем управления воздушным движением.

Снижение авиационного шума является важнейшей проблемой современной гражданской авиации. Значительный прогресс в области авиадвигателестроения и прикладной авиационной акустики позволил в последнее время существенно снизить шум новых самолетов, оборудованных турбореактивными двигателями (ТРДД) с высокой степенью двухконтурности. Однако проблема снижения раздражающего воздействия авиационного шума по ряду причин, среди которых к основным относятся эксплуатация более шумных самолетов старых типов и приближение жилой застройки к существующим аэропортам, остается достаточно острой.

Рис. 1. Стадии оценки экологического риска при техногенном загрязнении окружающей среды

В последнее время разработан ряд новых международных (ИКАО) и национальных нормативных требований, регламентирующих шум воздушных судов различных категорий и классов. Создание самолета, удовлетворяющего этим требованиям, - достаточно сложная техническая задача. Ныне достигнут такой уровень развития авиастроения, при котором попытка дальнейшего снижения шума, связанная с ужесточением норм шума, может привести к заметному ухудшению летно-технических характеристик самолета, его экономичности. Так, разработанные методы борьбы с шумом самолетов, типичные для современного уровня

самолетостроения и авиационной акустики, вызывают потери, которые могут достигнуть неприемлемых значений при уменьшении шума на 5-8 ЕРКдБ при взлете и 3-6 ЕРКдБ при посадке по сравнению с нормативными требованиями стандарта ИКАО[3].

Наиболее эффективным является комплексный подход к решению проблемы авиационного шума, при котором можно достичь значительного снижения раздражающего воздействия шума в более короткие сроки и с меньшими затратами [4].

Комплексный подход предусматривает снижение шума в источнике не только за счет создания менее шумных самолетов. Он включает также следующие мероприятия:

а) специальные приемы пилотирования при взлете и посадке (взлет с реализацией крутой траектории в сочетании с дросселированием двигателей и регламентированными разворотами);

б) рациональную организацию воздушного движения (предпочтительные по шуму ВПП, трассы «минимального шума», использование самолетов менее шумных типов, особенно в ночное время, оптимальное соотношение между интенсивностью дневных и ночных полетов и т. д.);

в) внедрение строительно-планировочных мероприятий, учитывающих ограничение жилой застройки в зонах с повышенным шумом вблизи аэропортов;

г) введение системы ограничения шума в населенных пунктах вблизи аэропортов и контроль за их соблюдением.

Оптимальное сочетание и планомерное внедрение таких комплексных мероприятий позволит наиболее быстро и с меньшими затратами достичь конечной цели защиты населения от неблагоприятного воздействия шума самолетов Г А.

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует, что ограничение застройки вблизи аэропортов - одно из эффективных средств снижения раздражающего воздействия шума. С этой целью в нашей стране был разработан и введен в действие ГОСТ 22283-76, регламентирующий допустимые уровни шума на территории жилой застройки вблизи аэропортов.

Решение проблемы уменьшения выброса вредных веществ авиадвигателями воздушных судов также имеет выраженный комплексный характер. Исследовательские работы ведутся по следующим вопросам: создание совершенных конструкций двигателей и используемых топлив; регламентация эмиссионных характеристик и их контроль; разработка модели расчета загрязнения атмосферы в районе аэропортов, которая должна непрерывно совершенствоваться на основе обширных лабораторных и полевых исследований особенностей образования и распространения в атмосфере вредных веществ с учетом преобладающих метеофакторов.

Вопросы систематического контроля за изменением концентрации веществ также имеют большое значение. Результаты их обобщения за длительный период являются важной информацией для оценки фактического положения дел, связанных с соблюдением установленных ограничений, и для совершенствования расчетной модели.

Атмосфера аэропорта также загрязняется спецавтотранспортом, эксплуатируемым на территории аэропорта [5, 6, 7].

В выхлопных газах автомашин содержатся: оксид углерода (продукт сгорания топлива), оксиды азота (главным образом оксид азота), альдегиды (формальдегид, акролеин и др.), углеводороды (метан, этилен, бензол, ацетилен, толуол, ксилол и др.), сложные углеводороды (пирен, бенз(а)пирен), сажа, сернистый сероводород (в случае использования топлива, содержащего серу, свинец и его соединения (при применении антидетонационных присадок)) и др.

Количество вредных веществ, выбрасываемое двигателями внутреннего сгорания, можно определить по объему сжигаемого бензина и дизельного топлива или по количеству автомашин с учетом их среднего суточного пробега и основных норм расхода топлива, установленных для осредненных условий эксплуатации.

При восстановлении работоспособности ВС осуществляются различные работы, такие как уборочно-моечные, подъемно-транспортные, разборочно-сборочные, слесарно-механические, аккумуляторные, окрасочные и другие работы, сопряженные с загрязнением атмосферного воздуха, воды и почвы вредными веществами, расходом конструкционных, эксплуатационных

материалов и энергоресурсов. Данные процессы определяются периодичностью проведения регламентных работ, уровнем надежности конструкции, номенклатурой используемого оборудования, расходом материалов и инструмента на ремонтно-эксплуатационные нужды.

На АРЗ выбрасываются в атмосферу следующие вещества: азота двуокись, ацетон, бензин, бутилацетат, ванадия пятиокись, взвешенные вещества, бензол, водород фтористый, водород хлористый, водород цианистый, дихлорэтан, калия карбонат, кислота азотная, кислота серная, ксилол, метилен хлористый, никель (растворимые соли), пыль металлическая (алюминия оксид), сажа, сернистый ангидрид, свинец, спирт изобутиловый, спирт этиловый, трихлорэтилен, толуилендиизоцианат, толуол, углеводороды, углерода окись, циклогексанон, цинка оксид, этилацетат, ацетилен, керосин, кислота фосфорная, масло минеральное нефтяное, натр едкий, пыль абразивная, пыль древесная, пыль стекловолокна, хром шестивалентный, этилцеллозольв.

Происходит интенсивное загрязнение водных ресурсов (сточных вод) взвешенными веществами и нефтепродуктами со слабой эмульгированностью в результате очистки и обезжиривания поверхностей деталей и узлов транспортных средств с помощью щелочных и кислотных растворов, синтетических моющих средств (СМС), скипидара, жиров, формальдегида. Наибольшее количество загрязнений водных ресурсов связано с мойкой ВС, а также агрегатов и деталей при осуществлении ремонта.

Отработанные растворы моющих средств содержат нефтепродуктов и взвесей до 5 г/л, поверхностно-активных веществ (ПАВ) - до 0,1 г/л и щелочных электролитов до 20 г/л, т.е. концентрация вредных примесей в этих растворах в 40-90 тыс. раз превышает санитарные нормы.

Для восстановления деталей и придания рабочим поверхностям заданных физикохимических свойств используются гальванические процессы, в частности, электролитические способы осаждения хрома, железа, цинка, меди, кадмия в сернокислых растворах на поверхности деталей. Поэтому сточные воды содержат кислоты, щелочи, соединения хрома (VI), соли меди, никеля, цинка, кадмия.

Токсичные вещества при окраске изделий выделяются в процессах обезжиривания поверхностей органическими растворителями, при подготовке лакокрасочных материалов, их нанесении на поверхность изделия и сушки покрытий. Около 4% объема расходуемых лакокрасочных материалов попадает в воду.

Ремонтное производство сопровождается выбросом вредных веществ, загрязняющих водную среду. Моечные работы являются источником загрязнения сточных вод вследствие применения щелочных и кислотных растворов, синтетических моющих средств, формальдегида.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горшов В.Г. Энергетика биосферы и устойчивость окружающей среды //Итоги науки и техники, серия Теоретические и общие вопросы географии. - М: ВИНИТИ, 1990. - Т. 7.

2. Матвеев Ю.А., Позин А.А., Юнак А.И. Прогнозирование и управление экологической безопасностью при реализации сложных технических проектов. - М.: МАИ, 2005.

3. Квитка В.Е., Мельников Б.Н., Токарев В.И. Гражданская авиация и охрана окружающей среды. - Киев: Вища школа, 1984.

4. Квитка В.Е., Мельников Б.Н. О комплексном подходе к решению проблемы авиационного шума. - М.: ГосНИИ ГА, 1978. - Вып.162.

5. Феоктистова О.Г., Николайкин Н.И. Оценка экологичности процессов ремонта //Труды МГАХМ «Процессы и аппараты химической технологии». - М.: МГАХМ, 1997.

6. Феоктистова О.Г., Макин Ю.Н., Калыкин С.В. и др. О концепции развития авиаремонтного производства //Ресурсосберегающие и экологически чистые технологические процессы производства и восстановления деталей АТ: межвуз. сб. науч. тр. - М.: МИИГА, 1991.

7. Феоктистова О.Г. Социально-экологический анализ авиаремонтного предприятия //Научный Вестник МГТУ ГА. - М.: МГТУ ГА, 1998. - № 7.

DECISION-MAKING FOR MAINTENANCE OF ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SYSTEMS STABILITY

Feoktistova O.G., Feoktistova T.G.

In this article some questions of management of safety and risk of organizational and technical systems are spotlighted to which the aviation enterprise refers, principles to which necessary to follow in activity on risk reduction and maintenance of security are presented. Also the estimation of social risk is presented.

Key words: anthropogenous danger, ecological balance, number of criteria.

Сведения об авторе

Феоктистова Оксана Геннадьевна, окончила МИИГА (1988), доктор технических наук, доцент кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор более 80 научных работ, область научных интересов - инженерная экология, экологическая безопасность технологических процессов ремонта АТ, математическое моделирование в экологии, экологические последствия аварий (катастроф).

Феоктистова Тамара Герасимовна, окончила КИИГА (1967), доцент кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор более 60 научных работ, область научных интересов -безопасность жизнедеятельности, инженерная экология, экологическая безопасность технологических процессов ремонта АТ.