Введение к работе
Актуальность работы. Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП), включая производство сопутствующих химических веществ (таллового масла и скипидара) является потенциальным источником негативного воздействия на окружающую среду. Несовершенство действующей системы контроля и оценки экологического воздействия лесопромышленных комплексов на окружающую среду, неограниченное количество нормируемых показателей сброса загрязняющих веществ, а также неравномерность экономического развития целлюлозно-бумажного промышленного производства привели к отсутствию у предприятий стимулов предотвращать и сокращать сброс сточных вод и, как следствие, к обострению экологической ситуации вокруг ЦБП. Аналогичная ситуация складывается в настоящее время на Котласском, Байкальском, Архангельском и Калининградском ЦБК. Не является исключением и Усть-Илимский лесопромышленный комплекс (УИ ЛПК), являющийся одним из крупнейших производителей продукции лесообработки, целлюлозно-бумажной и лесохимической продукции в Сибирском регионе. На территории комплекса сегодня действуют четыре продуктовые линии, а мощность основной линии составляет 697,3 тыс. тонн товарной целлюлозы.
Водохранилище Усть-Илимского гидроузла является источником водоснабжения для комбината и г. Усть-Илимска, расположенного менее чем в
1 км от береговой линии. В то же время город и комбинат являются потенциальными источниками загрязнения вод водохранилища.
В настоящее время сброс поверхностного стока в водохранилище происходит по естественному рельефу местности вдоль береговой линии. Городская насосная канализационная станция имеет аварийный выпуск в ручей Симаха, впадающий непосредственно в водохранилище. Эти факторы могут снижать качество воды в районе водозабора УИ ЛПК.
Сброс производственных и поверхностных сточных вод комбината и бытовых сточных вод г. Усть-Илимска осуществляется по трем выпускам в реку Ангара и в ручей Катымов. Суммарный ежегодный объем стока составляет около 120 млн. м3, при этом не по всем показателям качество стоков соответствует ПДК вредных веществ для водных объектов.
Решению экологических проблем лесопромышленного комплекса сегодня уделяется большое внимание, и, в первую очередь, это касается вопросов оптимизации функционирования систем водоотведения и водопотребления. Необходимо обеспечить производство бесперебойным снабжением водой надлежащего качества и обеспечить экологическую безопасность водных систем на основе оптимального нормирования сбрасываемых стоков. Решению этой комплексной практической проблемы Усть-Илимского лесопромышленного комплекса и была посвящена данная работа.
Цель работы. Разработка комплекса мер по оптимизации системы водопользования и обеспечению нормированного сброса сточных вод Усть-Илимского лесопромышленного комплекса.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- проведение научного анализа современных проблем, тенденций и методов оптимизации функционирования систем водопользования и нормирования сбросов сточных вод в лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности;
- осуществление мониторинга качества воды р. Ангара и в водохранилище Усть-Илимского гидроузла в районе водозабора, и оценка возможности использования промышленного водозабора УИ ЛПК для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска;
- исследование экологического состояния зон санитарной охраны (ЗСО) источника водоснабжения и разработка прогноза изменения качества воды с учетом современного и предполагаемого устройства прилегающей территории;
- разработка практических рекомендаций по обустройству зон санитарной охраны промышленного водозабора УИ ЛПК;
- оптимизация очистных устройств, предназначенных для очистки поверхностного стока и разработка практических рекомендаций по улучшению экологического состояния ручья Симаха;
- изучение качественного состава сточных вод ЛПК, определение перечня приоритетных загрязнителей и обоснование нормативных показателей сброса сточных вод по трем выпускам;
- определение величин предельно допустимых сбросов (ПДС) и нормативов допустимого сброса (НДС). Сравнение и анализ полученных результатов;
- разработка проекта комплекса практических мероприятий по достижению расчетных нормативов сбросов с учетом временно согласованных сбросов (ВСС) загрязняющих веществ в сточных водах ЛПК.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты мониторинга качества воды в водохранилище Усть-Илимского гидроузла в районе водозабора;
- результаты обследования территорий, отводимых под ЗСО, практические рекомендации по улучшению санитарного состояния первого и второго поясов ЗСО;
- предложение по предотвращению сброса загрязненных вод с помощью системы «проточный пруд - биоплато», совмещенной с аварийным прудом-накопителем городской насосной канализационной станции (КНС);
- результаты изучения качественного состава сточных вод ЛПК по трем выпускам в р. Ангара и обоснование перечня приоритетных загрязнителей, разрешенных к сбросу;
- комплекс мероприятий по достижению нормативов допустимого сброса сточных вод в реку Ангара;
Научная новизна работы состоит в разработке теоретических подходов к совершенствованию технологий водопотребления и водоочистки на предприятиях лесопромышленного комплекса и разработке конкретных научно обоснованных решений, учитывающих экологические и экономические требования. К ним относятся:
- определение динамики изменения концентраций загрязняющих веществ в хозяйственно-бытовых сточных водах ЛПК;
- доказательство того, что благодаря процессам естественного разбавления и большой глубине расположения входного оголовка водозабора (40 м), качество воды в промводозаборе водохранилища Усть-Илимского гидроузла не зависит от сброса загрязняющих веществ с территории города;
- подтверждение исследованиями и фактическими данными по годовому распределению концентраций загрязняющих веществ, что промышленный водозабор может использоваться для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска;
- обоснование возможности обеспечения с помощью инженерно-биологической системы «проточный пруд пруд-отстойник (биоплато) – пруд-накопитель» очистки сточных вод, попадающих в ручей Симаха (в том числе при аварийном сбросе городской канализационной станции), от загрязнений по взвешенным веществам, ионам тяжелых металлов, СПАВ и нефтепродуктам до 80%;
- качественная и количественная характеристика поступающих и очищенных стоков по отдельным потокам производств комбината;
- показано, что фоновые концентрации загрязняющих веществ - фенола, метанола и таллового масла, содержащиеся в составе вод р. Ангара, превышают ПДК в 1,6; 1,3 и 9 раз соответственно, а содержание фенолов и талового масла в сточных водах ЛПК находятся на уровне фоновых значений, следовательно, сбросы сточных вод самого комбината не влияют на качество воды в р. Ангара по этим показателям;
- обоснование величин нормативных показателей сброса сточных вод по 8-ми основным показателям в зимних и летних условиях;
- разработка инженерно-физических методов, направленных на снижение сброса загрязняющих веществ в р. Ангара.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Полученные в рамках настоящей работы результаты исследований качества воды в водохранилище Усть-Илимского гидроузла, в р. Ангара и ручье Катымов, а также качественного состава сточных вод ЛПК могут быть использованы при создании электронных баз данных и единой системы экологического мониторинга Иркутской области.
Материалы, полученные при выполнении настоящей диссертации использованы в совершенствовании методики «Методика разработки нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» (Приказ МПР РФ N 333 от 17 декабря 2007 г.) по расчетам НДС; используются в учебном процессе в Московском государственном строительном университете при чтении лекций и проведении практических занятий в учебных курсах: «Экологический мониторинг», «Очистка природных и сточных вод», «Эксплуатация очистных сооружений»; на экологическом факультете Российского университета дружбы народов при чтении курсов лекций «Ресурсосберегающие технологии и производства», «Экологически безопасные технологии».
В результате проведения комплекса предлагаемых мероприятий обеспечены:
- улучшение экологического состояния р. Ангара и обеспечение возможности использования промышленного водозабора ЛПК для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска и промзоны;
- предотвращение сброса загрязненных городских поверхностных вод в реку Ангара;
- достижение нормативных показателей по всем ингредиентам в сточных водах ЛПК, сбрасываемых в реку Ангара.
Определение точного перечня нормируемых приоритетных загрязнителей для ЛПК позволяет снизить финансовые и трудовые затраты предприятия.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались:
-
на научной конференции, посвященной проблемам северных рек России;
-
на научных семинарах и заседаниях кафедры охраны водных ресурсов МГСУ и кафедры экологического мониторинга и прогнозирования экологического факультета РУДН;
-
на международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» под эгидой ЮНЕСКО.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3– в ведущих рецензируемых изданиях ВАК РФ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка библиографических источников и приложений. Общий объем работы — 205 страниц. В качестве иллюстративного материала представлено 43 таблицы и 26 рисунков. Список литературы состоит из 107 наименований.
Автор искренне признателен и благодарен научному руководителю доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Румянцеву И. С.; сотрудникам кафедры «ОВР» МГСУ; к.т.н. Николаеву В. Н.; к.т.н. Шашкову С. Н.; сотрудникам лаборатории филиала ОАО «Группа «Илим» в г. Усть-Илимске.
