Введение к работе
Актуальность проблемы. Биологические очистные сооружения действуют на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии Республики Башкортостан с конца 40-х годов XX века Очистка сточных вод от примесей органического происхождения осуществляется микроорганизмами, состав которых устанавливается самопроизвольно и регламентируется составом загрязнителей В результате биологической очистки образуется избыточный активный ил По данным экологических служб России накопления ила предприятий нефтехимпереработки составляют 2/3 всех отходов этой отрасли, продолжая непрерывно увеличиваться Переполненные илом илонакопители и биопруды служат вторичным источником загрязнения очищенных сточных вод, сбрасываемых в естественные водоемы. В связи с этим проблема обработки, удаления, ликвидации, вовлечения накоплений ила в дальнейший технологический процесс или использование в других отраслях народного хозяйства приобретает все большую актуальность
С 80-х годов XX века разрабатывались преимущественно приемы утилизации осадков сточных вод коммунальных очистных сооружений путем сжигания, получения активированного угля, использования в качестве удобрения, в качестве строительного материала и тп Так как состав ила предприятий нефтехимпереработки значительно отличается от состава ОСВ коммунальных стоков, то попытки адаптировать способы утилизации ОСВ к илу нефтехимпереработки не принесли ожидаемых результатов. Они были недостаточно технологически, экологически и экономически обоснованы Как показали наши исследования, типовой технологии утилизации и использования ила не может быть, так как применение того или иного метода обусловлено различными свойствами ила, связанными с разнообразными химическими загрязнителями и механическими примесями в производственных сточных водах. В настоящее время ил биологической очистки СВ нефтехимпереработки, насыщенный углеводородами и химреагентами, практически не утилизируют как за рубежом, так и в России Его априори относят к токсичным
нефтешламам и рекомендуют к захоронению на свалках промотходов с предварительной стабилизацией, уплотнением, осушкой и сбором выделяющихся газов в газгольдеры. Осушка ила является наиболее затратной и энергоемкой операцией Транспортировка и складирование сопряжены Г громадными затратами при постоянно растущих ценах на землеотвод, аренду-площадок и депонирование отхода на действующих свалках Реально этот процесс обработки ила не нашел широкого применения в России, поэтому его просто располагают на иловых площадках. В связи с этим возникает необходимость в разработке новых способов утилизации, которые позволят расширить спектр применения ила
Разработка технологии утилизации ила очистных сооружений нефтехимпереработки невозможна без комплексного исследования его состава и токсичности. Информация о закономерностях трансформации компонентов нефти в биосфере с оценкой степени токсичности продуктов деградации практически отсутствует Прогнозирование поведения органических веществ в окружающей среде под действием физико-химических и микробиологических факторов является трудной задачей, поэтому нуждаются в разработке методические подходы к выбору приоритетных токсикантов в объектах окружающей среды и промышленных отходах, а также методы их контроля. Отсутствует информация об экологической оценке состава загрязнителей в данном виде ила
Ил биологической очистки СВ образован в результате использования природных механизмов по самоочищению от загрязнителей, поэтому перспективными для утилизации следует признать те направления, в которых его вовлекают в естественный природный цикл веществ в биосфере Следовательно, ил можно применить для ликвидации нарушений природных экосистем. В промзоне предприятий нефтехимпереработки имеются земельные участки с уничтоженным при проведении строительных работ почвенным слоем На их поверхности необходимо создать и озеленить плодородный слой почвы Исходя из этого сформулированы цель и основные задачи исследования
Цель исследования. Комплексная оценка влияния избыточного активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки на экологическое состояние нарушенных земель при использовании ила для формирования плодородного слоя почвы в условиях саморегулируемой экосистемы
Задачи исследования:
1. Обосновать методические подходы к выявлению приоритетных токсикантов в сложных природных и техногенных объектах на примере избыточного активного ила БОС нефтехимпереработки, развить методическую базу по исследованию ила и изучить его состав с использованием современных физико-химических методов анализа
-
Выявить механизмы трансформации загрязнителей избыточного активного ила БОС нефтехимпереработки органического и неорганического характера под воздействием биосферных факторов и установить приоритетные токсиканты ила
-
Выполнить тестирование токсичности избыточного активного ила БОС нефтехимпереработки с помощью культурных растений и по сперме крупного рогатого скота Сравнить способы расчета класса опасности отходов, дать рекомендации по их совершенствованию и установить классы опасности ила.
-
Оценить влияние ила на рекультивацию нарушенных земель при использовании его в качестве модифицирующего компонента почвы и разработать технологические приемы утилизации ила очистных сооружений нефтехимпереработки экологически безопасным и эффективным способом
Научная новизна. Обоснованы методические подходы к изучению состава токсикантов в объектах сложного состава применительно к илу очистных сооружений нефтехимпереработки и предложены критерии выбора токсикантов, подлежащих мониторингу
Разработаны новые способы анализа ила очистных сооружений нефтехимпереработки
Впервые выполнено комплексное исследование состава и свойств ила очистных сооружений нефтехимпереработки с использованием химических, токсикологических и микробиологических методов и показано, что в результате микробиологической очистки сточных вод от нефтепродуктов образуется вещество с высоким содержанием элементов питания растений Установлено, что лимитирующими токсикантами ила являются бенз(а)пирен и медь
Проведен сравнительный анализ способов расчета класса опасности отходов и выданы рекомендации по их совершенствованию. Расчетом по химическому составу и биотестированием установлено, что ил аэробного и анаэробного процессов очистки сточных вод нефтехимпереработки относится к малоопасным веществам 4 класса токсичности Показано, что выбор способа утилизации ила обусловлен составом токсикантов в конкретном объекте
Выполнены модельные опыты по тестированию токсичности ила нефтехимпереработки на овощных растениях Установлена связь биодоступности тяжелых металлов и бенз(а)пирена с их химическими свойствами, с типом почвы и видом растения
Рассмотрены возможные пути трансформации специфических загрязнителей ила очистных сооружений нефтехимпереработки в гумусовое вещество под влиянием биосферных факторов и изучен механизм формирования плодородного слоя почвы при внесении ила в грунт
Разработан способ утилизации ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки с одновременной рекультивацией нарушенного участка земли на основании использования биосферных механизмов саморегуляции при формировании искусственной почвенной экосистемы
Научно - практическая значимость работы. Методические подходы к выявлению приоритетных токсикантов могут быть использованы при изучении загрязненности антропогенными токсикантами различных сложных объектов окружающей среды
Установленный факт превращения нефтепродуктов в гумусовые вещества под воздействием комплекса биосферных факторов может быть использован
при установлении ПДК нефти в почве и при разработке способов рекультивации нефтезагрязненных земель
Сравнительное изучение способов определения классов опасности отходов может быть использовано для их развития и усовершенствования
Разработанные способы качественного и количественного анализа органических компонентов гумуса можно использовать в практической работе для оценки степени гумусообразования при переработке в органо-минеральное удобрение различных отходов с органической матрицей
Разработанный способ подготовки проб для определения полиароматических углеводородов может быть использован при анализе материалов с органической матрицей от отходов до продуктов питания
Разработанный способ утилизации ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки с одновременной рекультивацией нарушенных земель может быть использован на различных предприятиях нефтеперерабатывающего, нефтехимического и нефтегазодобывающего комплекса России
Внедрение результатов исследования в практику. Исследование по теме диссертации проводилось свыше 10 лет по заказу и при финансовой поддержке предприятий Республики Башкортостан ОАО «Уфанефтехим» и ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»
Результаты работы использованы при разработке «Технологического регламента внесения избыточного активного ила в почву в качестве удобрения для газонов и рекультивации нарушенных земель» (Уфа, 2000), «Класса опасности избыточного активного ила из биологического пруда очистных сооружений ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (Уфа, 1998), «Класса токсичности активного ила из шламонакопителей биологических очистных сооружений ОАО «Уфанефтехим» (Уфа, 1996), «Класса опасности донного осадка биологического пруда очистных сооружений ОАО «Уфанефтехим» (Уфа, 2000) Документы утверждены природоохранными и санитарными органами и внедрены в практическую работу.
Исследование завершлось получением АС СССР на изобретение «Способ хроматографического определения аминов в тонком слое сорбента», патента РФ на «Способ экстракции полиароматических углеводородов из объектов с органической и органоминеральной матрицей», патента РФ на «Способ определения качественного состава органических веществ в объектах окружающей среды» и патента РФ на «Способ утилизации избыточного активного ила биологических очистных сооружений предприятий нефтехимии», который внесен в базу данных перспективных н -т разработок России Разработаны 3 рационализаторских предложения «Способ спектро-флуориметрического определения бенз(а)пирена в природных материалах», «Способ экстракции полиароматических углеводородов из промышленных отходов», «Способ определения количественного состава органических компонентов гумуса» На основании патента и рацпредложений разработана и внедрена в практику в качестве Стандарта предприятия «Методика количественного флуориметрического определения содержания бенз(а)пирена в природных и техногенных материалах на основе органической матрицы»
Результаты диссертационной работы используются в природоохранной деятельности ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» и ОАО «Уфанефтехим» К настоящему времени освобожден от накоплений ила илонакопитель объемом 18000 м3, рекультивировано 6 га нарушенных земель с образованием на них газонов Снижен экологический риск загрязнения токсикантами р Белой
Методология и аналитические методы исследования объектов окружающей среды, разработанные в диссертации, использованы в учебном процессе при чтении цикла лекций по экологии в ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет», по санитарно-гигиеническим лабораторным исследованиям объектов окружающей среды сотрудникам ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РБ» в Институте последипломного образования при ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет», при выполнении дипломных работ на кафедре
общей химической технологии и аналитической химии ГОУ ВПО «Башкирский госуниверситет»
Инновационный проект «Новая технология утилизации избыточного активного ила биологической очистки промышленных сточных вод», разработанный на основе материалов диссертации, включен в Государственную научно-техническую программу Республики Башкортостан на 2007-2008 г г
На защиту выносятся:
-
Методология и критерии выбора приоритетных токсикантов в объектах окружающей среды и промотходах на основе базовых показателей содержания веществ в окружающей среде Защищенные патентами новые способы анализа объектов с органической матрицей
-
Пути трансформации углеводородов нефти под воздействием биосферных факторов в гумусовые вещества
-
Тестирование токсичности избыточного активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки воздействием на культурные растения и на сперму крупного рогатого скота
4, Сравнительный анализ нормативных документов по определению класса опасности отходов и корректировка класса опасности избыточного активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки 5 Защищенный патентом РФ экологически эффективный и экономически выгодный способ утилизации избыточного активного ила биологической очистки сточных вод нефтехимпереработки с одновременной рекультивацией нарушенных земель.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной н,-п конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия-2007» (Уфа, 2007), на международном симпозиуме «Мониторинг, аудит и информационное обеспечение в системе медико-экологической безопасности» (Испания, Коста Даурада, 2002); на X международном форуме «Медико-экологическая безопасность, реабилитация и социальная защита населения»
(Турция, гКемер, 2001), на международной научно-технической конференции «Наука - образование - производство в решении экологических проблем» (Уфа, 2002), на 10-й Всероссийской школе «Экология и почвы» в Пущинском научном центре АН РФ (2002), на Всероссийских н -п конференциях «Экология, труд, здоровье Взгляд в XXI век» (Уфа, 1999), «Промышленная экология Проблемы и перспективы» (Уфа, 2001), «Нефтепереработка и нефтехимия-2003» (Уфа, 2003), «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» (Уфа, 2003), «Нефть и здоровье» (Уфа, 2007), «Актуальные вопросы подготовки специалистов для предприятий пищевой промышленности» (Уфа - Оренбург, 2005), на региональных научных конференциях «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2003), «Окружающая среда и здоровье» (Казань, 1996), «Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения» (Уфа, 1996) Научный доклад по данной теме доложен и обсужден на заседании Ученого Совета УфНИИ МТЭЧ 22 июня 2000 г, на заседании проблемной комиссии «Научные основы медицины труда и экологии человека» при УфНИИ МТЭЧ 12 ноября 2002 г, на заседании Ученого Совета УфНИИ МТЭЧ 25 февраля 2003г, на расширенном заседании отдела токсикологии УфНИИ МТЭЧ 24 июня 2005г Личный вклад автора. Автору принадлежит идея исследования, постановка задач, планирование экспериментов, организация исследований на базе отдела токсикологии ФГУН «Уфимский НИИ МТЭЧ» Роспотребнадзора, выполнена большая часть экспериментальной работы, проведено обобщение, обсуждение результатов и формулирование выводов. Автором обоснованы методические подходы к изучению состава токсикантов в иле БОС нефтехимпереработки, разработаны новые способы анализа ила, выполнено комплексное исследование состава и свойств ила, показано, что в результате микробиологической очистки сточных вод от нефтепродуктов образуется гумусоподобное вещество, установлены лимитирующие токсиканты ила, установлен класс опасности ила, проведено тестирование ила на овощных растениях и сперме крупного рогатого скота, изучены пути трансформации
специфических загрязнителей ила в гумусовые вещества под влиянием биосферных факторов и показано, что ил способствует образованию высокоплодородной и биологически активной почвы, предложено новое технологическое решение по утилизации ила БОС нефтехимпереработки с одновременной рекультивацией нарушенных земельных участков Внедрения в практику научных разработок осуществлены при помощи и содействии служб охраны природы предприятий и руководства ФГУН «Уфимский НИИ МТЭЧ» Роспотребнадзора
Выражаю глубокую благодарность директору ФГУН «Уфимский НИИ МТЭЧ» Роспотребнадзора, проф, член -кор АН РБ А Б Бакирову, руководителю отдела токсикологии института, проф В А Мышкину, начальнику сервисного производства ОАО «Уфанефтехим» И К Фазлетдинову, дмн Р.Б Ибатуллиной, кхн Л.Н Черновой, оказавшим мне помощь и моральную поддержку в работе над диссертацией
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 34 работах, в том числе в 8 статьях в ведущих рецензируемых изданиях, в 11 материалах международных и всероссийских симпозиумов и конференций Новые технические решения защищены 4 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Разработано 5 нормативных документов
Структура и объем диссертации Работа состоит из введения, 2 глав литературного обзора и 6 глав собственных исследований, их обсуждения, заключения, выводов и приложений
