Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время ежегодно на предприятиях топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в России складируется более 150 млн.т избыточного активного ила. На 01.01.2011 г. по данным Госкомстата РФ на этих предприятиях занято нерекультивированными хранилищами отходов свыше 200 тыс. га. Реализация резолюции Генеральной ассамблеи ООН по борьбе с опустыниванием и деградацией земель от 20.09.2011и Федерального закона «Об охране окружающей среды» требует снижения воздействия предприятий ТЭК на земельные и водные ресурсы до принятых нормативов путем применения наиболее эффективных средозащитных технологий.
Наиболее значительной техногенной нагрузке подвергаются компоненты природной среды на территориях складирования избыточных илов и осадков, образующихся при биологической очистке сточных вод. Отсутствие современных технологий их ликвидации и обезвреживания превратило значительное число хранилищ из средства предотвращения загрязнения в угрозу крупномасштабного загрязнения компонентов природной среды (почв, подземных и поверхностных вод, атмосферы). В этой связи для сокращения площадей, занятых иловыми картами возникает необходимость переработки образующихся избыточных илов и осадков.
Проблемы обезвреживания отходов производства нашли отражение в трудах ученых разных стран (Гавич И.Н., Гальперин А.М., Гольцова Н.И., Демин А.М., Кехлинг Р., Мироненко В.А., Моторина Л.В., Певзнер М.Е., Плотников Н.И., Томаков П.И., Ферстер В., Фишер В., Шеф Х.Ю., Шуберт Р.). Тем не менее, современные способы утилизации избыточного ила узлов биологической очистки не способны полностью изолировать илы от окружающей среды. При складировании отходов происходит трансформация их состава, в ряде случаев с повышением класса опасности, а в случае утилизации илов методом пиролиза повышается степень летучести.
Таким образом, несмотря на высокую экологическую опасность отходов узлов биологической очистки до сих пор не разработаны технологические решения, позволяющие с высокой эффективностью и минимальным техногенным воздействием их обезвреживать и утилизировать.
Цель работы – оценка и снижение негативного воздействия накопителей избыточного ила узлов биологической очистки вод предприятий топливно-энергетического комплекса.
Основные задачи работы:
анализ воздействия иловых карт на окружающую среду;
исследование трансформации отходов очистных сооружений предприятий ТЭК в зоне гипергенеза за 20- летний период эксплуатации хранилища;
обоснование применения метода физико-химического разложения органоминеральной матрицы отходов, заскладированных в иловых картах;
разработка технического решения для промышленного обезвреживанияизбыточных активных илов;
эколого-экономическая оценка технологии утилизации отходов очистных сооружений предприятий ТЭК.
Основная идея работы. Для снижения негативного воздействия отходов водоочистных сооружений на природную среду и здоровье человека рекомендуется использовать физико-химическое разложение органоминеральной матрицы с последующим экстрагированием элементов, извлечение которых является экономически целесообразным.
Научная новизна работы:
установлена зависимость трансформации техногенных массивов вследствие гипергенных преобразований избыточных активных илов под влиянием срока хранения отходов, технологии образования отходов и количества примесных элементов в илах;
установлены закономерности трансформации избыточных активных илов в зависимости от различных температурных режимов, влажности отходов, содержания в них неорганических и органических примесей при обезвреживании отходов очистных сооружений.
Защищаемые положения
-
Оценка экологической опасности отходов органоминеральной структуры должна производиться методом атомно-абсорбционной спектрометрии с печной атомизацией, с учетом многообразия неорганических включений, а также их содержания в следовых концентрациях.
-
Снижение экологической опасности избыточных активных илов должно обеспечиваться внедрением рациональной технологии утилизации, основанной на кислотном разложении органической матрицы с последующим извлечением катионов металлов.
-
Снижение негативного воздействия избыточных активных илов на компоненты природной среды должно производиться в соответствии со следующей аппаратной схемой: реакторные блоки – осадительные блоки – центрифуга – экстрактор перекрестного действия.
Методы исследований.
системно-структурный анализ зоны воздействия иловых карт предприятий ТЭК на природную среду;
аналитические, ландшафтно-геохимические, экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях;
системный анализ промышленных методов обезвреживания отходов;
методы аналогового и численного моделирования с использованием программы Эколог3.0;
экспериментальные исследования технологии обезвреживания активных илов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных материалов и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты хорошо согласуются с новейшими данными, опубликованными другими авторами.
Практическая значимость работы:
выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты природной среды в районах складирования отходов узлов биологической очистки предприятий ТЭК;
проведено эколого-экономическое обоснование метода обезвреживания отходов;
разработаны технологические решения по минимизации воздействия на природную среду иловых карт.
Личный вклад автора
Автор самостоятельно осуществил:
- постановку цели, формулировку задач и разработку методики исследований,
- эколого-экономическую оценку воздействия иловых карт на природную среду,
- разработку методики проведения лабораторных исследований проб активного ила,
- разработку методики проведения испытаний разработанной технологии обезвреживания отходов очистных сооружений,
- обобщение и систематизацию результатов лабораторных исследований испытаний.
Автор принял участие в осуществлении:
- полевых исследований в зоне влияния иловых карт,
- лабораторных исследований состава и свойств отходов,
- разработки оптимальной технологии обезвреживания отходов очистных сооружений.
Апробация работы. Основные и отдельные положения работы, разработанные в процессе её выполнения докладывались и обсуждались на Международных, Российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в том числе: на Международных научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2008 г.), на III Межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2008 г.), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2009, 2010, 2011 г.), на Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2008 г., 2009 г., 2010 г.)
Реализация результатов работы
- научные и практические результаты работы планируются к использованию в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного университета в процессе учебных и производственных практик студентов специальности «Инженерная защита окружающей среды», «Городской кадастр», «Технология добычи нефти и газа»
методика оценки класса опасности отходов очистных сооружений внедрена в деятельность Центра коллективного пользования СПГГУ.
Публикации: по теме работы опубликовано 14 печатных трудов, в том числе 4 в изданиях, входящих в Перечень ВАК Министерства образования и науки России. Положительное решение о выдаче патента на изобретение № 2011123300 от 23.05.2011 «Способ обработки илового осадка»
Объем и структура работы
