Введение к работе
Актуальность работы. Грунты урбанизированных территорий играют роль аккумулирующей среды для экотоксикантов, накапливаемых в результате хозяйственной деятельности человека. Как известно, неорганические экотоксиканты в почве представлены в основном тяжелыми металлами, органические -углеводородами нефтепродуктов. Исключение из ландшафта поступивших загрязняющих веществ антропогенного происхождения практически невозможно.
Опасность загрязненных грунтов урбанизированных территорий определяется эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы, ролью городских грунтов как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и как токсичной среды при непосредственном контактном воздействии на человека.
Предотвращение опасности, исходящей от загрязненных земель в городах, обеспечивается либо их сбором и вывозом с последующей укладкой привозных, экологически чистых грунтов, что довольно дорого, либо проведением ряда технологических мероприятий по реабилитации загрязненных земель, не обладающих двунаправленным действием в области комплексной очистки грунтов от тяжелых металлов и нефтепродуктов.
Таким образом, представляются весьма актуальными разработка новой комплексной технологии очистки загрязненных тяжелыми металлами и нефтепродуктами земель и исследование процесса биохимической реабилитации загрязненных грунтов урбанизированных территорий.
Исследованию процессов взаимодействия тяжелых металлов с органическими и минеральными почвенными компонентами посвящены работы Д.С. Орлова, Г.В. Добровольского, В.В. Добровольского, А.И. Перельмана, М.А. Глазовской и других российских ученых. Определяющий вклад в описание методов детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, внесли труды и монографии Ю.В. Алексеева, В.Б. Ильина, А.И. Карпухина, В.А. Касатикова, С.А. Шобы, Я.М. Аммосовой, Л.К. Садовниковой и др. Большую роль в развитии биологического метода деструкции нефтепродуктов в почве сыграли работы Б.Г. Мурзакова, B.C. Гузева, В.В. Бирюкова, Н.А. Манучаровой, М.С. Розановой и др. Несмотря на длительную историю изучения процессов реабилитации деградировавших почв, исследования, направленные на разработку и описание комплексных биохимических технологий очистки загрязненных грунтов урбанизированных территорий, практически не проводились.
Цель работы: повышение экологической безопасности среды обитания жителей городов путем снижения экологической нагрузки от промышленной и хозяйственной деятельности человека на грунты урбанизированных территорий в результате применения биохимической технологии для реабилитации загрязненных земель.
Научная новизна работы:
-
Показано, что применение нового способа биохимической реабилитации загрязненных грунтов урбанизированных территорий обеспечивает возникновение синергического эффекта при комбинировании биологического и реагентного методов очистки.
-
Впервые проведено расчетно-теоретическое исследование процесса биохимической реабилитации загрязненных грунтов урбанизированных территорий.
(
-
Доказана применимость модели нестационарного массообмена с объемной реакцией для описания процессов, протекающих при очистке загрязненных грунтов, на основе удовлетворительного соответствия полученных теоретических и экспериментальных зависимостей.
-
Экспериментально определены температурные и концентрационные параметры процесса биохимической реабилитации грунтов, обеспечивающие преобразование нефтепродуктов и связывание подвижных форм тяжелых металлов до концентраций ниже значений ПДК (ОДК) химических веществ в почве (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7.2042-06).
Практическая значимость.
Разработана инженерная методика расчета прогнозируемого уровня очистки грунтов при известных начальных значениях концентраций загрязняющих веществ на основе полученных эмпирических зависимостей.
Разработано основное оборудования для обезвреживания загрязненных грунтов санитарно-защитных зон полигонов захоронения твердых бытовых отходов и других урбанизированных территорий.
На защиту выносятся:
-
Новый способ биохимической реабилитации загрязненных грунтов урбанизированных территорий, который обеспечивает возникновение синергического эффекта при комбинировании биологического и реагентного методов очистки, состоящего в том, что совместное действие реагентов усиливает эффект каждого из них до значений, достигающих 180% по каждому загрязняющему компоненту.
-
Экспериментально определенные температурные и концентрационные параметры процесса биохимической реабилитации грунтов, обеспечивающие преобразование нефтепродуктов и связывание подвижных форм тяжелых металлов до концентраций ниже значений ПДК (ОДК) химических веществ в почве (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7.2042-06).
-
Математическая модель на основе дифференциального уравнения массообмена с объемной реакцией для определения степени очистки широкого класса загрязненных грунтов, описывающая массив экспериментальных данных с точностью не менее 95%.
-
Эмпирические зависимости для предпроектного расчета прогнозируемого уровня очистки грунтов при известных начальных значениях концентраций загрязняющих веществ.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Научных конференциях студентов и молодых ученых МГУИЭ (Москва, МГУИЭ, 2008, 2010); VI-ой международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» (Москва, МГУИЭ, 2009); Международной конференции «Коммерческое использование нетрадиционных ресурсов метана и отходов сельскохозяйственного и лесного производства» (Москва, МВЦ «Крокус-Экспо», 2009); Конкурсе проектов молодых ученых в рамках 15-ой международной выставки химической промышленности и науки «Химия-2009» (Москва, ЦВК «Экспоцентр», 2009); 1-ой Международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, ЦВК «Экспоцентр», 2009); 1-ой Международной конференции Москва - Будва «Биотехнологии и альтернативная энергетика в городском хозяйстве» (Будва, Черногория, 2010); Научно-практической
конференции, посвященной 95-летию со дня рождения Л.А. Костандова (Москва, МГУИЭ, 2010); Конференции Международной ассоциации по твердым отходам (ISWA) «Передовые технологии переработки и захоронения отходов: ориентиры применения и критерии выбора» (Москва, МВЦ «Крокус-Экспо», 2011).
Оргкомитетом П-ой Биотехнологической выставки-ярмарки «РосБиоТех-2008» (Москва, ЦВК «Экспоцентр», 2008) присуждена золотая медаль за разработку представленной биохимической технологии реабилитации грунтов городских территорий, загрязненных тяжелыми металлами и нефтепродуктами.
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении государственного контракта от 25 мая 2011 г. № 16.525.11.5003 «Разработка новой комплексной опытно-промышленной технологии для обеспечения нормативной экологической безопасности высоконагруженного полигона захоронения органосодержащих отходов производства и потребления и его санитарно-защитной зоны» с Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием
общепризнанных экспериментальных методик, нормированными метрологическими
характеристиками поверенных средств измерений, а также обоснована данными,
полученными в ходе исследований в лабораториях ФБГОУ ВПО «МГУИЭ»,
подтвержденными аттестованной экоаналитической лабораторией
МГУП «Промотходы», и последующей корректной оценкой погрешности их измерений.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 135 наименований, и приложения. Работа содержит 173 страницы, в том числе 113 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 34 рисунка и 3 приложения.
