В.В.Терентьева, О.В. Финогентова, О.Н. Глущенко Выявление

УДК 621
В.В. Терентьева, О.В. Финогентова, О.Н. Глущенко
ВЫЯВЛЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
ПО ДАННЫМ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ
Виктория Вячеславовна Терентьева, младший научный
сотрудник,
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Ждановская улица, 13, Санкт-Петербург, 197082, Россия
О.В. Финогентова, старший преподаватель,
Санкт-Петербургский государственный горный институт
(технический университет), Институт заочного образования,
В. О., 21 линия, 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия
E-mail: [email protected]
Ольга Николаевна Глущенко, к.х.н., доцент,
Санкт-Петербургский государственный горный институт
(технический университет), Институт заочного образования,
кафедра приборостроения
В.О., 21 линия, 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия
E-mail: [email protected]
Аннотация
Проведена оценка возможности применения методов дистанционного зондирования для выявления негативного воздействия машиностроительных предприятий на окружающую среду. Установлено, что аэрокосмическая съемка позволяет выявить факты сброса неочищенных сточных
вод, идентифицировать несанкционированное складирование отходов
производства на территории машиностроительных заводов, определить
атмосферное загрязнение (по косвенным признакам). Приведены примеры
регистрации сброса загрязненных сточных вод с промышленного предприятия в видимом и инфракрасном диапазонах спектра.
Ключевые слова: машиностроительные предприятия, аэрокосмическая
съемка, окружающая среда, сточные воды, твердые отходы, загрязнение
атмосферы
711
V.V. Terenteva O. V. Finogentova O.N. Glushchenko
IDENTIFY THE NEGATIVE IMPACT OF MACHINE-BUILDING
ENTERPRISES TO THE ENVIRONMENT ACCORDING
TO THE AEROSPACE SURVEY
V.V. Terenteva, Junior researcher,
Military Space Academy by name A.F. Mozhaiskogo
O. V. Finogentova, Senior lecturer
St. Petersburg State Mining Institute (Technical University),
Institute of Distance High Education
O. N. Glushchenko, Ph.D., Associate Professor
St. Petersburg State Mining Institute (Technical University), Institute of
Distance High Education, department of Instrument Engineering.
Vasilevsky Island, 21 line 2, St. Petersburg 199106, Russia
E-mail: [email protected]
Annotation
The evaluation of the possibility of using remote sensing techniques to
identify the negative impact of machine-building enterprises on the environment
was carried out. It was found that the aerospace survey revealed evidence of untreated wastewater, identified unauthorized storage of waste products in the machine-building plants, determined the atmospheric pollution (by circumstantial
evidence). Examples of the registration of waste water discharged from industrial enterprises in the visible and infrared spectrum are illustrated. It is confirmed
that the visual and automated identification of illegal dumping in brightness in
the machine-building enterprise is a priority method of detection. Solid wastes
(ferrous and nonferrous metals, slag, dross, ash, burnt molding sand, sludge and
fluxes, abrasives, wood waste, plastic of plants) are identified by the data of
aerial survey by visual method in texture, geometry type, size, mutual position
of elements of the landfill mass . Determination of emissions from the images in
the visible spectral range can be based on indirect evidence, such as degradation
of the vegetation close to the enterprise. It is concluded that, based on aerial
photo-interpretation facts might prompt identification of adverse environmental
impacts of anthropogenic factors, assess the environmental situation in area of
the object and the degree of contamination.
Key words: engineering plants, aerospace photography, environment, sewage (waste water), refuse (solid waste), air pollution.
712
Предприятия
машиностроительной отрасли расположены почти во
всех республиках, краях и областях Российской Федерации. Из большого
объѐма промышленных выбросов, попадающих в окружающую среду, на
машиностроение приходится лишь незначительная его часть — 1-2%. Однако, на машиностроительных предприятиях имеются основные и обеспечивающие технологические процессы и производства с весьма высоким
уровнем загрязнения: литейное производство, травильные и гальванические цехи, цехи механической обработки, сварочные и покрасочные цехи и
участки.
Машиностроительный комплекс оказывает негативное воздействие
на:
воздушное пространство (выбросы газа, парообразных веществ, дымов, аэрозолей, пыли);
водную поверхность (сточные воды, утечка жидких продуктов
или полуфабрикатов);
почву (накопление твердых отходов, выпадение токсичных
веществ из сточных вод).
Применение данных дистанционного зондирования (аэрокосмической
съемки) позволяет выявить и оценить антропогенную нагрузку на глобальном и региональном уровнях. Аэрокосмические средства и методы получения семантической информации о местности, объектах и процессах в
значительной мере восполняют недостатки контактного способа сбора информации, а в некоторых случаях полностью заменяют его. Некоторые задачи, особенно поискового (разведовательного) характера, можно решить
только с помощью аэрокосмических съемок.
Анализ материалов аэро- и космических съемок с целью извлечения
из них информации о поверхности и недрах Земли, расположенных на ней
объектах, происходящих на поверхности и в близповерхностном пространстве процессах называют дешифрированием (интерпретацией). Дешифрирование заключается в обнаружении, распознавании и определении характеристик объектов по их изображениям. Дешифрирование осуществляется
с помощью прямых и косвенных дешифровочных признаков. К прямых
дешифровочных признакам относятся форма и размер объектов, тон изображения, цвет, текстура изображения. Косвенные дешифровочные признаки делятся на природные (ландшафтные), антропогенные и природноантропогенные [1].
При визуальном методе дешифрирования информацию считывает со
снимков и анализирует человек. При автоматизированном методе дешифрирования интерпретационная обработка снимков выполняется машиной в
диалоговом режиме – оператор выбирает способ обработки, выполняет
«обучение» системы, контролирует качество работы классификатора, вносит коррективы в программы [2].
713
В рамках выявления негативного воздействия машиностроительных
предприятий на окружающую среду на основе данных аэрокосмической
съемки могут решаться следующие основные задачи:
 выявление сброса сточных вод;
 идентификация несанкционированного складирования отходов производства на территории;
 определение атмосферного загрязнения (по косвенным признакам).
Поскольку предприятия машиностроения размещены по всей стране,
большие объемы сбрасываемых сточных вод загрязняют многочисленные
водоемы, мелкие и большие реки. Из сброшенных в поверхностные водоемы за год 1,82 млрд. м3 сточных вод загрязненные сточные воды составили 780 млн. м3, в том числе 170 млн. м3 без очистки. Общие для всех видов
машиностроения технологические процессы термообработки, гальванотехники, нанесения лакокрасочных покрытий и обработки пластмасс поразному воздействуют на окружающую среду. Сточные воды этих производств содержат токсичные вещества, образующиеся из кислот (концентрация серной кислоты в отработанных травильных растворах достигает 2–
4%), неорганических солей хрома, цинка, меди, никеля, других тяжелых
металлов [3].
Гальваническое производство - один из наиболее крупных источников
образования сточных вод в машиностроении. Основными загрязнителями
сточных вод гальванических производств являются ионы тяжѐлых металлов, неорганических кислот и щелочей, цианиды, поверхностно-активные
вещества. Загрязнители, образующиеся в процессе обезжиривания поверхностей, определяются типами используемых растворителей, в качестве которых наиболее широко применяются растворы щелочей, хлорорганические растворители и фреоны.
Основным принципом идентификации сброса сточных вод по материалам аэрокосмической съемки является комплексное изучение изменений параметров спектрально-яркостного отражения и температурного излучения от поверхности воды. Растворенные в сточных водах органические и взвешенные вещества изменяют спектрально-яркостные свойства и
цветность воды (рис. 1). Сточные воды, сбрасываемые в водоѐмы, обычно,
имеют повышенную, по сравнению с условно чистой водой, температуру в
связи с происходящими в ней окислительно-восстановительными процессами. Поэтому выявить данный вид нарушения можно как в видимом, так
и в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра (рис. 2).
Задача обнаружения сброса сточных вод упрощается в холодное время года, когда водный объект покрыт льдом. В этом случае могут выделяются нехарактерные проталины в прибрежной части порта, свидетельствующие о сбросе недостаточно очищенных сточных вод.
714
На машиностроительных предприятиях также образуются твердые отходы (черные и цветные металлы, шлак, окалина, зола, горелая формовочная смесь, шламы и флюсы, абразивы, древесные отходы, пластмассы).
Отходы гальванического производства, относящиеся к первому классу
опасности, в основном, вывозятся на полигоны (Калужская область), часто
для этого неприспособленные (Алтайский край. Курская область), или накапливаются на территории предприятий (Нижегородская область и Красноярский край).
Рис. 1. Определение сброса загрязненных сточных вод с промышленного
предприятия в видимом диапазоне спектра
Рис. 2. Определение сброса загрязненных сточных вод в инфракрасном
диапазоне спектра
До 55 % амортизационного лома образуется от замены технологической оснастки и инструмента. Безвозвратные потери металла вследствие
трения и коррозии составляют примерно 25 % от общего количества амортизационного лома. На предприятиях машиностроения отходы составляют
715
до 260 кг на 1 т металла, иногда составляют 50 % массы обрабатываемых
заготовок (при листовой штамповке потери металла достигают 60 %). Основными источниками образования отходов легированных сталей являются металлообработка (84 %) и амортизационный лом (16 %) [3].
Шламы из отстойников очистных сооружений и прокатных цехов содержат большое количество твердых материалов, концентрация которых
составляет от 20 до 300 г/л. Шламы термических литейных и других цехов
содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, а также цианиды, хлорофос и др. В небольших количествах промышленные отходы могут содержать ртуть, вылитую из вышедших из эксплуатации приборов и установок [4].
Отходы, образующиеся в результате использования радиоактивных
изотопов на предприятиях машиностроения, обычно содержат небольшие
количества радиоактивных изотопов с коротким периодом полураспада.
Отвальные шлаки и прочие отходы производства», технология переработки которых еще не разработана, складируются и хранятся до появления
новой (рациональной) технологии переработки отходов.
Визуальное и автоматизированное определение отходов по яркости
на территории машиностроительного предприятия является приоритетным
методом обнаружения. Наименьшие значения контрастов свалки с объектами окружающего фона наблюдаются в интервале 0,440-0,490 мкм, наибольшие – в интервалах 0,60-0,70 и 1,60-2,00 мкм, наименьший яркостной
контраст имеют свалки с песчаными (грунтовыми) объектами. В основном
места несанкционированного складирования отходов определяются по
мелкозернистому рисунку поверхности и бело-серому или сероватокоричневому фототону. В области спектра 0,40 – 1,05 мкм почвы, загрязнѐнные отходами, имеют более высокий коэффициент спектральной яркости,
чем условно чистые.
Рис. 3. Визуальный метод определение свалки отходов
716
Рис. 4. Автоматизированный метод идентификации свалки по яркости
Однако определение отходов по текстуре позволяет не только идентифицировать свалку на снимке, но и определить морфологические составляющие, как показано на рис. 5. Текстура отходов в виде чередования
одинаковых форм одного или различных цветовых тонов представляет сочетание однотипных деталей и является суммой нескольких демаскирующих признаков – спектрально-отражательной способности, размера, формы. Геометрический тип, размер, взаимное положение элементов свалочной массы на изображении являются характеристиками, выделяющими
свалку на фоне других объектов местности.
– пластмасса, пластик, бумага, пищевые отходы
– металлические фрагменты
Рис. 5. Автоматизированное определение свалки отходов и еѐ морфологического состава
717
Машиностроительная отрасль за год выбрасывает в атмосферу около
725 тысяч тонн, из которых улавливается всего лишь 46,8–45,5%. Главным
образом улавливают твердые вещества, менее опасные для здоровья населения; улавливание диоксида серы и оксидов азота остается на очень высоком уровне, поскольку эти вещества представляют большую опасность
для окружающей среды, чем даже отдельные химические заводы, где степень улавливания загрязняющих веществ составляет 0,97–0,95% [3].
Определение выбросов в атмосферу по снимкам в видимом диапазоне
спектра может осуществляться, исходя из косвенных признаков, например,
по деградации растительности вблизи предприятия. В радиусе 200-300 м
влияния предприятия на воздушную среду видоизменяется растительность, сохнут трава, кусты и деревья (рис. 6). Отсутствие интенсивного
проветривания приземных слоев атмосферы приводит к осаждению многих компонентов газовых потоков вместе с аэрозолями на поверхности
растений, почв и водоемов. Растения по-разному реагируют на воздействие. Наиболее чувствительными являются хвойные деревья, что связано с
длительным контактом их мало изменяющейся в течение года хвои с загрязненной средой. Длительный контакт растительного покрова с токсичной средой при малой концентрации сопровождается проявлением неспецифического хлороза (рис. 6).
Рис. 6. Гибель растительного покрова вблизи предприятия
Проблема минимизации экологического ущерба в машиностроительной отрасли может решаться в двух направлениях за счет:
718
 повышения эффективности существующих методов очистки промышленных выбросов в окружающую среду (сточные воды, отработанные
газы, дым и др. взвешенные частицы), ликвидации (переработки) твердых
отходов;
 внедрения новых альтернативных технологий (экологически чистых,
безотходных).
Таким образом, в результате обработки материалов аэрокосмической съемки анализируется информация, обеспечивающая эффективное
функционирование системы дистанционного мониторинга. На основании
этой информации возможно оперативное выявление негативного воздействия на окружающую среду техногенных факторов, оценка экологической
обстановки в районе исследуемого объекта и степень его загрязнѐнности, а
также разработка планов и мероприятий по устранению или ограничению
экологически неблагоприятных факторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические
методы географических исследований: Учеб. для студ. высш. учеб.
заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – С. 16 –
24, 63 – 67.
2. Обиралов А.И., Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А. Фотограмметрия. –
М.: КолосС, 2004. – С. 15 – 25.
3. Миронов М.Г., Загородников С.В. Экономика отрасли (машиностроение). – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 320 с.
4. Денисов В.В. Экология: Учебное пособие, серия «Учебный курс». –
Ростов н/Д: Издательский центр «Март», 2002. – С. 457 – 460.
719