авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Оценка состояния и защита природной среды на основе рациональной технологии переработки избыточного активного ила узла биологической очистки предприятий тэк

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛУКИНА Ксения Анатольевна







ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ЗАЩИТА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА УЗЛА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЭК

Специальность 25.00.36 Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)





А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук








Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.


Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты:

Петров Георгий Валентинович, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный университет, профессор

Синькова Елена Алексеевна, кандидат технических наук, ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П. Карпинского», старший научный сотрудник отдела методики государственного геологического картографирования и геологосъемочных работ

Ведущая организация «НПК «Механобр-техника» (ЗАО).


Защита диссертации состоится 28 мая 2012 г. в 15:00 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время ежегодно на предприятиях топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в России складируется более 150 млн.т избыточного активного ила. На 01.01.2011 г. по данным Госкомстата РФ на этих предприятиях занято нерекультивированными хранилищами отходов свыше 200 тыс. га. Реализация резолюции Генеральной ассамблеи ООН по борьбе с опустыниванием и деградацией земель от 20.09.2011и Федерального закона «Об охране окружающей среды» требует снижения воздействия предприятий ТЭК на земельные и водные ресурсы до принятых нормативов путем применения наиболее эффективных средозащитных технологий.

Наиболее значительной техногенной нагрузке подвергаются компоненты природной среды на территориях складирования избыточных илов и осадков, образующихся при биологической очистке сточных вод. Отсутствие современных технологий их ликвидации и обезвреживания превратило значительное число хранилищ из средства предотвращения загрязнения в угрозу крупномасштабного загрязнения компонентов природной среды (почв, подземных и поверхностных вод, атмосферы). В этой связи для сокращения площадей, занятых иловыми картами возникает необходимость переработки образующихся избыточных илов и осадков.

Проблемы обезвреживания отходов производства нашли отражение в трудах ученых разных стран (Гавич И.Н., Гальперин А.М., Гольцова Н.И., Демин А.М., Кехлинг Р., Мироненко В.А., Моторина Л.В., Певзнер М.Е., Плотников Н.И., Томаков П.И., Ферстер В., Фишер В., Шеф Х.Ю., Шуберт Р.). Тем не менее, современные способы утилизации избыточного ила узлов биологической очистки не способны полностью изолировать илы от окружающей среды. При складировании отходов происходит трансформация их состава, в ряде случаев с повышением класса опасности, а в случае утилизации илов методом пиролиза повышается степень летучести.

Таким образом, несмотря на высокую экологическую опасность отходов узлов биологической очистки до сих пор не разработаны технологические решения, позволяющие с высокой эффективностью и минимальным техногенным воздействием их обезвреживать и утилизировать.

Цель работы – оценка и снижение негативного воздействия накопителей избыточного ила узлов биологической очистки вод предприятий топливно-энергетического комплекса.

Основные задачи работы:

  • анализ воздействия иловых карт на окружающую среду;
  • исследование трансформации отходов очистных сооружений предприятий ТЭК в зоне гипергенеза за 20- летний период эксплуатации хранилища;
  • обоснование применения метода физико-химического разложения органоминеральной матрицы отходов, заскладированных в иловых картах;
  • разработка технического решения для промышленного обезвреживанияизбыточных активных илов;

эколого-экономическая оценка технологии утилизации отходов очистных сооружений предприятий ТЭК.

Основная идея работы. Для снижения негативного воздействия отходов водоочистных сооружений на природную среду и здоровье человека рекомендуется использовать физико-химическое разложение органоминеральной матрицы с последующим экстрагированием элементов, извлечение которых является экономически целесообразным.

Научная новизна работы:

  • установлена зависимость трансформации техногенных массивов вследствие гипергенных преобразований избыточных активных илов под влиянием срока хранения отходов, технологии образования отходов и количества примесных элементов в илах;
  • установлены закономерности трансформации избыточных активных илов в зависимости от различных температурных режимов, влажности отходов, содержания в них неорганических и органических примесей при обезвреживании отходов очистных сооружений.


Защищаемые положения

  1. Оценка экологической опасности отходов органоминеральной структуры должна производиться методом атомно-абсорбционной спектрометрии с печной атомизацией, с учетом многообразия неорганических включений, а также их содержания в следовых концентрациях. 
  2. Снижение экологической опасности избыточных активных илов должно обеспечиваться внедрением рациональной технологии утилизации, основанной на кислотном разложении органической матрицы с последующим извлечением катионов металлов.
  3. Снижение негативного воздействия избыточных активных илов на компоненты природной среды должно производиться в соответствии со следующей аппаратной схемой: реакторные блоки – осадительные блоки – центрифуга – экстрактор перекрестного действия.

Методы исследований. 

  • системно-структурный анализ зоны воздействия иловых карт предприятий ТЭК на природную среду;
  • аналитические, ландшафтно-геохимические, экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях;
  • системный анализ промышленных методов обезвреживания отходов;
  • методы аналогового и численного моделирования с использованием программы Эколог3.0;
  • экспериментальные исследования технологии обезвреживания активных илов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных материалов и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты хорошо согласуются с новейшими данными, опубликованными другими авторами.

Практическая значимость работы

  • выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты природной среды в районах складирования отходов узлов биологической очистки предприятий ТЭК;
  • проведено эколого-экономическое обоснование метода обезвреживания отходов;
  • разработаны технологические решения по минимизации воздействия на природную среду иловых карт.

Личный вклад автора 

Автор самостоятельно осуществил:

- постановку цели, формулировку задач и разработку методики исследований,

- эколого-экономическую оценку воздействия иловых карт на природную среду,

- разработку методики проведения лабораторных исследований проб активного ила,

- разработку методики проведения испытаний разработанной технологии обезвреживания отходов очистных сооружений,

- обобщение и систематизацию результатов лабораторных исследований испытаний.

Автор принял участие в осуществлении:

- полевых исследований в зоне влияния иловых карт,

- лабораторных исследований состава и свойств отходов,

- разработки оптимальной технологии обезвреживания отходов очистных сооружений.

Апробация работы. Основные и отдельные положения работы, разработанные в процессе её выполнения докладывались и обсуждались на Международных, Российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в том числе: на Международных научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2008 г.), на III Межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2008 г.), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2009, 2010, 2011 г.), на Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2008 г., 2009 г., 2010 г.)

Реализация результатов работы

- научные и практические результаты работы планируются к использованию в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного университета в процессе учебных и производственных практик студентов специальности «Инженерная защита окружающей среды», «Городской кадастр», «Технология добычи нефти и газа»

  • методика оценки класса опасности отходов очистных сооружений внедрена в деятельность Центра коллективного пользования СПГГУ.

Публикации: по теме работы опубликовано 14 печатных трудов, в том числе 4 в изданиях, входящих в Перечень ВАК Министерства образования и науки России. Положительное решение о выдаче патента на изобретение № 2011123300 от 23.05.2011 «Способ обработки илового осадка»

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 160 страниц машинописного текста, 22 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 55 наименований.

Автор искренне благодарен проф. М.А.Пашкевич за научное руководство работой, коллективу кафедры Геоэкологии за ценные научные консультации и моральную поддержку.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  1. Оценка экологической опасности отходов органоминеральной структуры должна производиться методом атомно-абсорбционной спектрометрии с печной атомизацией, с учетом многообразия неорганических включений, а также их содержания в следовых концентрациях. 

В настоящее время на предприятиях ТЭК образуется свыше 0,870 млн.тонн избыточного активного ила.

Биологическая очистка является распространенным способом очистки сточных вод от органических и тонкодисперсных примесей низкой токсичности. Это объясняется, во-первых, высокой эффективностью данного метода очистки, а, во-вторых, невысокими эксплуатационными затратами.

Однако, этому методу присущ крупный недостаток – это избыточная биомасса активного ила, образующаяся после завершения цикла очистки. Конечная масса илов является величиной эмпирической, поскольку даже малейшее изменение в заданной системе может привести к значительному увеличению объема избыточного активного ила.

Для хранения избыточного активного ила используются специально оборудованные иловые карты. Согласно СНиП 2.04.03-85: Канализация. Наружные сети и сооружения (рис 1):

  • иловые площадки допускается проектировать на естественном основании с дренажем и без дренажа, на искусственном асфальтобетонном основании с дренажем, каскадные с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадки-уплотнители;
  • при проектировании иловых площадок надлежит принимать: рабочую глубину карт — 0,7—1 м; высоту оградительных валиков — на 0,3 м выше рабочего уровня; ширину валиков поверху — не менее 0,7 м, при использовании механизмов для ремонта земляных валиков 1,8 — 2 м; уклон дна разводящих труб или лотков — по расчету, но не менее 0,01; число карт — не менее четырех.

Рис. 1. Схема илового карта по СНиП 2.04.03-85

Однако, на практике ни одно из вышеперечисленных требований не соблюдается (рис. 2). Результаты проведённых мониторинговых исследований в зоне воздействия ООО «КИНЕФ» показали, что:

  • на предприятии при конструировании иловых карт не соблюдается рабочая глубина (средняя глубина карта – 7 метров), отсутствуют оградительные валики, отсутствует искусственная изоляция дна;
  • происходит формирование техногенного гидрогеохимического потока на реках Черной и Волхов в створах ниже по течению местоположения иловых карт, контрастных по тяжелым металлам, взвешенным веществам, аммонийному азоту, поверхностно-активным вещества;
  • в подземных водах, подстилающих хранилища отходов очистных сооружений, вследствие инфильтрации загрязнений, происходит формирование  гидрогеохимических  ореолов загрязнения площадью 5 км2 по тем же загрязнителям. Контрастность загрязнения в гидрогеохимических ореоле и потоке достигает 45 – 20 единиц.

- выход грунтовых вод к откосам накопителя

Рис. 2. Схема илового карта на предприятии ООО «КИНЕФ»

Таким образом, иловые карты являются источниками, поступления в окружающую среду таких токсичных соединений, как, соли марганца, свинца, никеля, железа, меди и др. Тем не менее, одной из причин, по которой в настоящее время на предприятии ТЭК не занимаются проблемой утилизации избыточных активных илов, это отнесение данных отходов к 3 - 4 классам опасности (умеренно и малоопасные, согласно ГОСТ 12.1.007 - 76).

В настоящее время определение токсичности и класса опасности избыточных илов производится экспериментально.

Экспериментальные методы позволяют определять класс опасности отхода как единого целого с учетом комбинированного, комплексного действия его компонентов и продуктов их трансформации на здоровье человека и среду его обитания. В основе экспериментальных методов лежит количественный химический анализ (КХА) и биотестирование, которые позволяют в короткий срок оценить токсичность отходов и выявить лимитирующие факторы их воздействия на среду и человека.

Недостатком существующего метода КХА является его низкая чувствительность – он позволяет выявить лишь валовые содержания компонентов в концентрациях более 1 мг/дм3. Метод биотетирования заключается в установлении токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Органоминеральные комплексы представляют собой трудно разлагающуюся систему, что не позволяет в лабораторных условиях в полной мере выявить их воздействие на тест-объект, следовательно, класс опасности отхода оказывается заниженным. Кроме того, данные методы не учитывают трансформацию отходов во времени, что является их существенным недостатком.

Проведенный анализ существующих аналитических физико-химических методов показал, что для оценки токсичности отходов биологической очистки оптимальным является атомно-абсорбционная спектрометрия. Данный метод имеет ряд преимуществ:

  • точность метода в определении загрязняющих элементов;
  • исключение ошибки оператора;
  • селективность;
  • простота в подготовке образца.

В ходе мониторинговых исследований на хранилищах илов биологической очистки ООО «КИНЕФ» были отобраны пробы избыточных илов из накопителей различных сроков эксплуатации (5, 10, 15, 20 лет) и свежие отходы – с установки обезвоживания.

В каждом накопителе пробы отбирались в 4-х точках с поверхности и глубины 1, 3 и 4 метра. С установки обезвоживания проба отбиралась для определения класса опасности. Для выбора способа консервации проб была определена влажность и рН образцов.

Поскольку подготовка образца для атомно-абсорбционной спектрометрии с печной атомизацией не требуется, то вязкие жидкости могут напрямую анализироваться без специальной пробоподготовки в графитовой печи. Высокая чувствительность метода исключает стадии экстракции и предварительного концентрирования пробы. Наличие солей тяжелых металлов в составе избыточных активных илов объясняется используемыми в технологическом процессе катализаторами и ингибиторами.

Показатель степени опасности компонента отхода (Кi) рассчитывается как соотношение концентраций компонентов отхода (Ci) с коэффициентом его степени опасности для окружающей среды (Wi). Коэффициент степени опасности компонента отхода – условный показатель, численно равный количеству компонента отхода, ниже значения, которого он не оказывает негативного воздействий на окружающую природную среду (табл. 1). Размерность коэффициента степени опасности для окружающей среды условно принимается как мг/кг. Расчеты показали, что избыточный активный ил относится к II классу опасности.

Таблица 1.

Расчет класса опасности отхода

Элемент Концентрация элемента, мг/л Концентрация элемента, мг/кг (Ci) Степени опасности для окружающей среды (Wi) Степени опасности компонента отхода (Ki)
Марганец 26000 65000 537,0 121,3
Никель 18000 36000 128,8 300,0
Медь 16000 32000 358,9 90,0

Свинец 5800 11600 33,1 350,5


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.