Введение к работе
Актуальность работы: Мероприятия по охране водных объектов и рациональному использованию природных ресурсов невозможны без проведения мониторинга поверхностных вод. Анализ данных, полученных при мониторинге, дает возможность выявить предприятия, которые вносят наибольший вклад в увеличение концентрации загрязняющих веществ, определяющих качество поверхностных и подземных вод. Используя данные мониторинга природных вод, можно своевременно внести коррективы в технологические процессы, управляя системами водоподготовки и водопотребления, таким образом, оптимизируя использование природных ресурсов и снижая экологическую нагрузку на биоту водных объектов.
Характер загрязняющих веществ, попадающие в водные объекты, во многом зависит от развития той или иной отрасли промышленности в регионе. В этой связи представляет интерес мониторинг водных объектов Волжско–Камского региона, в котором доминирующими являются предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и предприятия машиностроительного комплекса. Результаты таких исследований служат научной основой разработки экологически безопасных способов, позволяющих минимизировать антропогенное воздействие на водные объекты, организовать рациональное использование природных ресурсов.
Существенным фактором загрязнения вод источников водоснабжения является их воздействие на промышленное оборудование, что в первую очередь связано с разрушением поверхности металлов, и как следствие, попадание железосодержащих продуктов разрушения в окружающую среду с последующим негативным влиянием на водные экологические системы. В свою очередь, от состава природных вод зависит степень их воздействия на промышленное оборудование и коммуникации. Поэтому, наряду с мониторингом водных объектов необходим анализ процессов, происходящих при воздействии водной среды на промышленные системы. Это представляет несомненный теоретический и прикладной интерес, и имеет большое народнохозяйственное значение для управления технологическими системами. Из выше сказанного следует, что воздействие природных вод на стальное промышленное оборудование оказывает отрицательное действие на окружающую среду, состоящее в:
увеличении расхода природных ресурсов;
загрязнении природных вод железосодержащими солями.
Работа выполнена по тематике, входящей в Перечень приоритетных направлений развития науки, технологии и техники в Российской Федерации, утвержденная Президентом РФ 21 мая 2006 г. №Пр-843 и в соответствии с планом научно – исследовательских работ кафедры «Инженерная экология» ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет».
Цель работы - прогнозирование состояния и управление системами оборотного водоснабжения предприятий с уменьшением нагрузки на биоту водных экологических систем на основе данных, полученных в результате экологического мониторинга поверхностных вод Волжско–Камского региона (в пределах Республики Татарстан).
*В руководстве диссертацией принимала участие к.х.н., доцент кафедры «Инженерная Экология» ГОУ ВПО КГТУ Сольяшинова О.А.
Для достижения указанной цели в работе были определены следующие задачи:
провести анализ солевого состава поверхностных вод Волжско–Камского региона (в пределах Республики Татарстан),
определить влияние хлорид-, сульфат- и гидрокарбонат - ионов на степень воздействия водных объектов по отношению к технологическому оборудованию;
на основе литературных данных проанализировать экологическую опасность ионов железа для гидробионтов;
провести исследование по уменьшению воздействия водной среды на технологическое оборудование путем введения ингибирующего агента;
разработать и предложить экологически безопасный способ введения ингибитора в систему оборотного водоснабжения;
провести опытно–промышленные испытания разработанного экологически безопасного способа уменьшения воздействия водной среды на технологическое оборудование и предложить к внедрению в системах оборотного водоснабжения с достижением рационального использования природных ресурсов;
рассчитать предотвращенный эколого–экономический ущерб для водного объекта при внедрении разработанного способа управления системами водопользования.
На защиту выносятся:
результаты анализа солевого состава поверхностных вод Волжско–Камского региона (в пределах Республики Татарстан);
данные о влиянии хлорид-, сульфат- и гидрокарбонат - ионов на степень воздействия водных объектов по отношению к технологическому оборудованию;
уравнения регрессии, позволяющие определить оптимальные соотношения хлорид - и сульфат – ионов для управления системами водопользования;
данные по оптимальным концентрациям хлорид - и сульфат - ионов, позволяющим провести экологизацию технологий;
результаты опытно–промышленных испытаний экологически безопасного способа уменьшения воздействия водной среды на оборудование системы оборотного водоснабжения предприятия управления «Татнефтегазпереработка» ОАО «Татнефть» с достижением рационального использования природных ресурсов;
результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба от уменьшения концентрации солей железа в сточной воде, сбрасываемой в реку Степной Зай предприятием управления «Татнефтегазпереработка» ОАО «Татнефть».
Научная новизна:
на основании экологического мониторинга рек Волжско–Камского региона (в пределах Республики Татарстан) получены научно обоснованные данные о количественном характере взаимосвязи концентрации компонентов водных объектов со степенью их воздействия на технологическое оборудование промышленных предприятий;
получены новые экспериментальные данные по разработке экологически безопасного способа уменьшения воздействия водной среды на технологическое оборудование с выбором концентраций ингибирующего агента для эффективного управления системами оборотного водоснабжения и минимизации антропогенного воздействия на водную экосистему.
Практическая значимость. Для обеспечения существенного уменьшения воздействия водной среды на промышленное оборудование водооборотных систем нефтехимических предприятий разработана и внедрена в эксплуатацию экологически безопасная система приготовления и дозирования ингибитора оборотной системы водоснабжения.
На основании экспериментальных данных получены регрессионные зависимости, позволяющие определить:
интенсивность воздействия водной среды на технологическое оборудование от концентрации сульфат- и хлорид-ионов в природных водоемах;
оптимальные количества ингибирующего компонента в оборотной системе водоснабжения.
Результаты внедрены в производственный цикл управления «Татнефтегазпереработка» ОАО «Татнефть». Эколого-экономический эффект от внедрения составил более 62 500 руб./год.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на Всероссийском съезде молодых ученых (г. Москва, 2005); Х международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (г. Новосибирск, 2006); Первом Международном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии (МКХТ - 2006) (г. Москва, 2006); Всероссийской научно – технической конференции аспирантов, соискателей и докторантов (г. Майкоп, 2007); отчетных научно – технических конференциях КГТУ (г. Казань, 2006 - 2010)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей (3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России) и 8 тезисов Международных и Всероссийских конференций.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили воды рек Волга, Кама, Казанка и Степной Зай, вода системы оборотного водоснабжения управления «Татнефтегазпереработка» ОАО «Татнефть» и модельные растворы, содержащие хлорид-, гидрокарбонат– и сульфат - ионы.
При исследовании качественного и количественного состава природных вод использовались методы количественного анализа с использованием титрометрии, а так же инструментальные методы (фотоколориметрия, определение рН). Для исследования изменения степени воздействия водной среды на промышленное оборудование использовали гравиметрический метод. Уравнения регрессии и построение графиков в трехмерном пространстве производили с использованием программного пакета STATISTICA 6.0.
