Введение к работе
Актуальность темы. В рамках ФЦП «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009 - 2013 годы)» для снижения и предупреждения угроз химической опасности с 2012 г. реализуются пилотные проекты ликвидации ряда опасных производственных объектов. В большинстве случаев ликвидации подлежит не весь объект, а его часть -нерентабельные и технически устаревшие производства. Объектом исследований являлся типовой промышленный комплекс по производству анилина контактным методом, подлежащий ликвидации с рекультивацией загрязненных почвогрунтов.
Обеспечение экологической безопасности при разработке планировочных, проектно-изыскательских и технологических решений на этапах проектирования, возведения и реконструкции представлено в трудах научных школ МГСУ (г.Москва), «РосНИПИ Урбанистики» (г.С.-Петербург), ННГАСУ (г.Нижний Новгород), ПНИПУ (г.Пермь) и др. В настоящее время в России недостаточно опыта и научного обоснования обеспечения экологической безопасности на завершающем этапе жизненного цикла химических производств.
Приоритетными направлениями для обеспечения экологической безопасности являются вопросы обращения с отходами сноса и демонтажа зданий и сооружений, а также реабилитация загрязненных земель промышленной площадки. Отходы от ликвидации производственных сооружений не могут быть приравнены к отходам сноса жилого фонда. Опасность и ресурсный потенциал данных отходов определяется на основании выявленной степени износа объектов капитального строительства, определения опасности отходов с учетом их загрязненности и сорбционной способности отделочных и строительных материалов.
Известны методические подходы и результаты комплексной оценки загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами (А.И. Перельман, 1975; М.А. Клазовская, 1981; М.В. Дабахов, 2012; Д.В. Зейферт, 2011; Е.И. Муравьев, 2010; Е.И. Новоселова, 2008; О.Б. Латонова, 2011 и др.). Трансформацию анилинового загрязнения в почвенном субстрате изучали Г.К. Васильева, 1984; А.Е. Кузнецов, 2006; J. Bollag, S. Russel, 1976; S. Patil, VM. Shinde, 1988; D.Kosson, S. Byrne, 1995 и др. Научный интерес представляет исследование накопления и трансформации анилина (первичных ароматических аминов) в искусственно созданных почвах, так называемых техноземах или техногенных поверхностных образованиях (ТПО).
Обеспечение экологической безопасности процесса ликвидации химических производств требует разработки методологии оценки загрязнения, научного обоснования порядка обращения со строительными отходами, разработки эффективных технологий рекультивации загрязненных производственных площадок.
Цель работы: научное обоснование методов обеспечения экологической безопасности при завершении жизненного цикла химических производств на основе разработки схем обращения со строительными отходами и технологии рекультивации загрязненных территорий промышленной площадки.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Оценить воздействие на объекты окружающей среды и проблемы обеспечения экологической безопасности на завершающем этапе жизненного цикла анилинового производства с возвратом градостроительной ценности промышленной территории.
-
По результатам эколого-технологического обследования и аудита установить износ зданий и сооружений, выявить зоны с максимальным уровнем загрязнения на
территории ликвидируемого производства, определить содержание анилина в пробах строительных материалов и ТПО.
-
Оценить объемы и опасность строительных отходов, исследовать изменение их физико-механических параметров и степени загрязнения, предложить варианты обращения с отходами с учетом их опасности для окружающей среды, снижения объемов неутилизируемых отходов на основе соблюдения принципов рационального использования ресурсов.
-
Разработать принципиальную технологическую схему деконтаминации загрязненных анилином почвогрунтов, основанную на механизмах его трансформации в почвенном субстрате и ТПО. Экспериментально обосновать технологические параметры рекультивации анилинзагрязненных ТПО биомассой адаптированного к анилину активного ила.
Научная новизна:
-
Впервые выявлена экспоненциальная зависимость миграции анилина по профилю материалов строительных конструкций с максимальным накоплением анилина на глубине от 5 мм (бетон, железобетон) до 30 мм (кирпич); оценена потенциальная экологическая опасность анилинсодержащих строительных отходов по экспериментально установленным показателям водопоглощения и прочности на изгиб образцов отделочных материалов, выполнявших барьерную функцию.
-
На основе анализа механизма трансформации анилинового загрязнения в обедненных в сравнении с почвенным субстратом ТПО получены исходные данные для процесса рекультивации почвогрунтов производственной территории.
3. Впервые разработан способ деконтаминации анилинзагрязненной территории
за счет разложения анилина биомассой адаптированного активного ила. На основе
экспериментальных данных разработана математическая модель биоразложения
анилина в почвогрунтах, учитывающая концентрацию анилина, дозу вносимого ила и
время выдержки. Методом математического анализа определена оптимальная доза
активного ила для максимальной скорости снижения концентрации анилина в ТПО.
4. Впервые выполнено расчетно-теоретическое исследование объемов
образования отходов сноса и демонтажа зданий и сооружений анилинового
производства, определены условия минимизации воздействия на окружающую среду
за счет предварительного изъятия загрязненных анилином строительных материалов
и использования ресурсного потенциала незагрязненных отходов.
Практическая значимость:
разработаны рекомендации по проведению экологического обследования и комплексной оценки территории химических производств на завершающем этапе жизненного цикла;
экспериментально определены технологические параметры процесса биодеградации анилина в почвогрунтах до 98 % масс, при оптимальной вносимой дозе адаптированного к анилину активного ила 2,3 г/кв.м. (сухого вещества), соблюдении рНТпо 6,5-7,5 и выполнении агротехнических мероприятий;
выполнено ранжирование территории по степени загрязнения, исследованы морфологический и гранулометрический составы, физико-химические характеристики почвогрунтов;
предложен способ отбора проб строительных материалов, загрязненных анилином; разработана методика пробоподготовки для количественного определения анилина в пробах ТПО и строительных материалах;
расчетным и экспериментальным методами установлен III класс опасности для отходов отделочных материалов цехов анилинового производства, загрязненных анилином.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
обеспечение экологической безопасности при ликвидации химических производств включает: экологическое обследование загрязненных строительных конструкций, расчетно-теоретическое обоснование объемов образования отходов с целью минимизации воздействия на окружающую среду за счет предварительного изъятия загрязненных анилином строительных материалов и использования ресурсного потенциала незагрязненных отходов; оценку миграции загрязняющих веществ по профилю почвогрунтов и обоснование способа деконтаминации территории ликвидируемого предприятия;
миграция анилина по профилю строительных материалов зависит от условий агрессивной производственной среды и износа строительных конструкций. Экспериментально установлена экспоненциальная зависимость концентрации анилина от глубины проникновения, для миграции характерны максимальные концентрации в поверхностном слое на глубине 5-30 мм;
механизм трансформации анилина зависит от морфологического и
гранулометрического состава ТПО, содержания гумуса, обменных оснований,
подвижных форм биогенных элементов, рН;
внесение адаптированного активного ила, соблюдение температурного режима,
поддержание принудительной аэрации ТПО, наличие оптимального количества
биогенных элементов для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в
процессе биодеструкции анилина позволяют достичь разложения накопленного
анилина в ТПО менее чем за 1 месяц.
Апробация работы. Основные положения результатов работы докладывались на: IV Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем», Пенза, 2010; VIII Конференции Международной ассоциации по твердым отходам (ISWA) «Передовые технологии переработки и захоронения отходов: ориентиры применения и критерии выбора», Москва, 2011; Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Современные научные исследования в дорожном и строительном производстве», Пермь, 2011; III Региональной научно-практической конференции аспирантов, молодых ученых и студентов «Современные технологии в строительстве. Теория и практика», Пермь, 2011; IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика», Пермь, 2011; XIV региональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия. Экология. Биотехно логия-2012», Пермь, 2012; XII Международной мультидисциплинарнои научной Геоконференции «SGEM 2012», София, Болгария, 2012; Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горно-промышленных регионов», Казань, 2012; II Международной конференции «Окончательное захоронение как элемент современного управления отходами», Эспу, Финляндия, 2013; Специализированной конференции Международной ассоциации по твердым отходам (ISWA) «Твердые бытовые отходы: системы управления и технические решения», Москва, 2013.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в формулировке цели и задач исследования, проведении экспериментов, обсуждении результатов работы и ее апробации.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 20 работ, из них 6 статей в журналах, входящих в Перечень рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 159 источников. Текст изложен на 193 страницах, иллюстрирован 42 рисунками и включает 35 таблиц.
Автор глубоко благодарен коллегам кафедры «Охрана окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», в частности: заведующему кафедры, профессору Я.И. Вайсману, научному руководителю, профессору Г.М. Батраковой за поддержку, наставничество и руководство над подготовкой работы; выпускникам кафедры С.А. Увицкой и Е.П. Ирзиной за помощь в проведении экспериментальных исследований; профессору кафедры «Динамика и прочность машин» М.Г. Бояршинову за помощь в интерпретации результатов исследований, а также руководству ОАО «Бератон», в особенности начальнику отдела охраны окружающей среды Н.Н. Якушевой за предоставленную возможность проведения исследований на территории анилинового производства.
Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-05-96025 рурала.
