Снижение воздействия технологических вод горнодобывающих предприятий на природную среду Панкратова Мария Юрьевна

б)

Рисунок 1. Распределение поллютантов от границы коллектора (а – брома и стронция, б – йода, бора и лития)

Высокий уровень загрязнения компонентов природной среды нефтепродуктами и токсичными неорганическими соединениями обуславливает необходимость разработки эффективных средозащитных мероприятий для предотвращения техногенного воздействия предприятий ТЭК на окружающую среду.

2. Снижение концентрации органических загрязнителей в технологических водах может быть достигнуто использованием активированных углей или других углеродсодержащих сорбентов, которые располагаются в порядке уменьшения сорбционной способности в следующий ряд: АГ-3 > КАД-йодный БАУ > шунгит.

Исследования сорбционной способности активированных углей и различных материалов природного происхождения проводились в статических и динамических условиях.

Для построения изотерм адсорбции исходный раствор керосина с концентрацией до 49,5 мг/л объемом от 100 до 500 мл помещался в конические колбы с притертыми пробками, в которые добавлялись навески сорбента массой от 0,1 до 3,0 г. Эксперимент проводился для температур 5С и 22С. Пробы встряхивались непрерывно в течение 44 часов. Вода отделялась от сорбента фильтрованием. Статическая емкость сорбентов определялась по формуле (2):

(2)

где С₀ и С_к – исходная и конечная концентрации керосина в растворе, мг/л; V – объем раствора, л; т — навеска сорбента, г.

По полученным данным построены изотермы сорбции, которые описываются уравнениями Генри, Фрейндлиха и Ленгмюра. Также вычислена энергия Гиббса и энтальпия адсорбции. Результаты приведены в табл. 1.

Для адсорбентов ЖМК, антрацит, граносит А и шунгит определены постоянные уравнения Ленгмюра и оценена полная статическая объемная емкость (ПСОЕ). Для ЖМК она составляет 12,53 мг/г, антрацита – 7,09 мг/г, граносита А – 8,63 мг/г, шунгита – 69,0 мг/г. Для активированных углей ПСОЕ составляет: КАД-йодный – 285 мг/г, БАУ-А – 270 мг/г, АГ-3 – 526 мг/г. Таким образом, активированные угли могут быть расположены в порядке убывания сорбционной способности в следующий ряд: АГ-3 > КАД-йодный БАУ.

Результаты эксперимента (табл. 1) показали, что:

1) Адсорбция керосина по значению энергии Гиббса термодинамически наиболее вероятна на сорбентах в следующей по-

Таблица 1

Результаты проведения эксперимента в статическом режиме

Фрейдлиха (в области средних значений концентраций)

Фрейдлиха (на всем интервале значений концентраций)

Ленгмюра

G_адс^*, кДж/моль

* – в числителе приведены значения, рассчитанные при использовании константы равновесия в уравнении Генри, в знаменателе – Фрейндлиха (в области средних значений концентраций)

следовательности: БАУ > АГ-3 > КАД-йодный > шунгит. Термодинамическую вероятность адсорбции керосина на антраците, граносите А, ЖМК не рассчитывали ввиду незначительной сорбционной способности по сравнению с активированными углями и шунгитом.

2) Температурная зависимость процесса адсорбции при использовании различных сорбентов по значению энтальпии адсорбции выглядит следующим образом (в порядке убывания влияния температуры на процесс): шунгит > КАД-йодный > АГ-3 > БАУ.

При проведении эксперимента в динамическом режиме исследовались следующие сорбенты (табл. 2).

Таблица 2

Скорость пропускания элюента через колонки: для углей – 2 мл/мин (1,52 м/ч), для других сорбентов – 1,5 мл/мин (1,14 м/ч).

Определена динамическая объемная емкость (ДОЕ) до проскока 0,05 мг/л (ПДК для рыбохозяйственных водоемов) и полная динамическая объемная емкость (ПДОЕ). Результаты определения емкости сорбентов представлены в табл. 3.

Для обработки выходных кривых в динамическом режиме использовалось уравнение Шилова (3) в качестве базисного, что объясняется отсутствием надежных методик и теоретических предпосылок для определения коэффициентов диффузии сорбируемых компонентов нефти.

_пр = kL – ₀. (3)

где _пр – время до проскока, ч, L – высота слоя адсорбента, м, k– коэффициент защитного действия слоя адсорбента, ч/м, ₀ – потеря времени защитного действия, ч.

Для определения постоянных уравнения Шилова изучена зависимость времени защитного действия (проскока) от высоты слоя адсорбента. Высота колонки изменялась от 11,2 до 32,5 см при постоянном диаметре (10 мм). Для каждого адсорбента были проведены 3-4 эксперимента при различной высоте слоя. Согласно полученным результатам, наблюдается закономерное увеличение времени защитного действия слоя адсорбента с увеличением его высоты при постоянной скорости фильтрации элюента. В соответствии с вышесказанным были получены опытные зависимости _пр =f(L). При анализе выходных кривых проскоковая концентрация в потоке принималась равной 0,05 мг/л (ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения). Построение выходных кривых адсорбции в координатах _пр =f(L) позволило определить экспериментальные константы уравнения Шилова (табл. 4). Полученные опытные значения коэффициентов защитного действия К_р были сопоставлены с расчетными (табл. 4).

Таблица 4

Определение коэффициентов защитного действия двумя различными методами привело к близким результатам, что свидетельствует о достаточной надежности полученных экспериментальных данных. Таким образом, можно рассчитать время работы промышленного адсорбера при условии соблюдения критерия (отношения Н/d 10-15) подобия и линейной скорости фильтрации.

Использование шунгита в качестве адсорбента для очистки воды от нефтепродуктов может быть перспективно, несмотря на более низкую сорбционную способность, т.к. соотношение цена – сорбционная способность для них могут быть сопоставимы. Шунгит является дешевым природным материалом, не требующим специальной подготовки перед сорбцией. Стоимость 1 кг шунгита составляет около 20 рублей, в то время как цена 1 кг активированного угля составляет от 90 до 150 рублей. Таким образом, стоимость активированных углей по сравнению с шунгитом выше в 4,5-7,5 раз, а сорбционная способность – в 3,8-7,5 раз. В качестве фильтрующего материала целесообразно использовать мелкую фракцию конкреций с размером гранул 1-3 мм.

3. Вредное воздействие лития на компоненты природной среды снижается его соосаждением на свежеобразованном гидроксиде алюминия, расход которого обратно пропорционален начальной концентрации лития в растворе при его содержании не более 50 мг/л.

Для извлечения лития возможно применение сорбции, электрокоагуляции и экстракции. Наиболее перспективным для промышленной реализации представляется метод хемосорбции на сорбционно активном гидроксиде алюминия. В нейтральных и слабокислых хлоридных растворах образование анион-гидроксоалюмината лития осуществляется по схеме:

2 LiCl + 5 Al(OH)₃ + x H₂O = 2LiCl_*5Al(OH)_3*xH₂O

В данной работе была изучена возможность извлечения лития из водных растворов при относительно низких его концентрациях (до 1 мг/л) посредством хемосорбции на активном гидроксиде алюминия, получаемого нейтрализацией хлорида алюминия AlCl₃ трехкальциевым гидроалюмиинатом 3CaO_*Al₂O_3*6H₂O (ТГКА):

3CaO_*Al₂O_3*6H₂O + 2 AlCl₃ = 4 Al(OH)₃ + 3 CaCl₂

Определяющими факторами для применения хемосорбции лития являются доступность исходного сырья (соли алюминия) и простота технологического процесса.

Для всей серии опытов была приготовлена серия модельных растворов с постоянным солевым фоном (8,39 г/л NaCl, 1,67 г/л СаCl₂, 0,40 г/л MgCl₂) и следующими значениями концентраций лития: 1 мг/л, 5 мг/л, 10 мг/л, 15 мг/л, 20 мг/л.

В очищенный от магния модельный раствор объемом 1 л с известной концентрацией лития при перемешивании вводилось расчетное количество хлорида алюминия с концентрацией 190,7 г/л для обеспечения мольного отношения Al₂O₃/Li₂O от 4 до 15; смесь разогревалась до температуры 50^оС, и вводился реагент-нейтрализатор (ТГКА). Значение рН = 8,0-8,5 контролировалось при помощи универсального рН-метра рН-150. После выдержки при интенсивной агитации в течение 1,5-2 часов суспензия фильтровалась, и фильтрат анализировался на остаточное содержание лития. Степень извлечения лития определялась по разности исходной и равновесной его концентрации в растворе.

Полученные зависимости степени извлечения лития от мольного отношения Al₂O₃/Li₂O (расхода гидроксида алюминия) при различных его начальных концентрациях показаны на рис. 2.

C0 = 20 мг/л

C0 = 15 мг/л

C0 = 10 мг/л

C0 = 5 мг/л

C0 = 1 мг/л

Рисунок 2. Зависимость степени извлечения лития из раствора W, %

от расхода гидроксида алюминия

для различных начальных концентраций С₀

На основании полученных и литературных данных установлена зависимость требуемого расхода Al(OH)₃ от начальной концентрации лития в растворе (рис. 3).

Рисунок 3. Зависимость необходимого мольного отношения Al₂O₃/Li₂O для извлечения 80 и 90% лития из раствора

от исходной его концентрации С₀

Рассчитана сорбционная способность гидроксида алюминия и построена изотерма адсорбции (рис. 4).

Рисунок 4. Изотерма адсорбции лития на гидроксиде алюминия

Построена изотерма адсорбции в координатах lgc – lgГ и 1/c – 1/Г и определен вид уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра соответственно.

Уравнение Фрейндлиха имеет вид , а уравнение Ленгмюра – .

Результаты эксперимента позволяют определить условия, способствующие наиболее полному выделению металла из нефтяной воды. Так, согласно результатам эксперимента, наблюдается закономерное увеличение расхода Al(OH)₃ при уменьшении начальной концентрации лития в растворе для достижения технологически оправданной степени извлечения.

После выделения и сгущения литийсодержащий концентрат нацело разлагается по реакции при 70С в течение 30 минут: 2[2LiCl_*5Al(OH)_3*xH₂O] + 15 Са(OH)₂ = 5[3CaO_*Al₂O_3*6H₂O] + 4 LiCl + z H₂O. Образовавшийся после разложения ТКГА возвращается на стадию хемосорбции, а из фильтрата после очистки от кальция и алюминия и упаривания до концентрации лития 14 г/л осаждают карбонат лития, являющийся товарным продуктом.

Оценка величины предотвращенного ущерба от загрязнения водной среды произведена на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на единицу (1 условную тонну) приведенной массы загрязняющих веществ (4):

(4)

Результатом проявления технической или экологической опасности технологических вод выступает эколого-экономический ущерб, наносимый поверхностным и подземным водам.

Расчет производится с учетом региона, относительной опасности загрязняющего вещества и массы сброса вещества. Уловленная (извлеченная) масса загрязняющих веществ для расчета предотвращенного ущерба определяется долей пластовых вод, поступающих в окружающую среду в результате аварий нефтепроводов и трубопроводов пластовой воды, и степенью извлечения поллютанта.

Проведенные расчеты показали, что предотвращенный ущерб вследствие сокращения негативной нагрузки на поверхностные и подземные воды в зоне воздействия Западно-Тэбукского нефтяного месторождения равен 692 тыс. руб/год.

Суммарный экономический эффект в результате внедрения мероприятия по извлечению 90 % лития из технологических вод на предприятии составит 13,48 млн.руб/год.

Диссертационная работа представляет собой законченную научно-исследовательскую квалификационную работу, в которой решена актуальная научная и практическая задача разработки технологических решений защиты окружающей среды от воздействия токсичных компонентов пластовых вод месторождений минерально-сырьевого комплекса.

На основе детального исследования составов технологических вод горнодобывающих предприятий установлена их токсичность, а также закономерности рассеяния загрязняющих компонентов в районе воздействия. Разработана технологическая схема, и уточнены оптимальные параметры извлечения ценных компонентов на примере соединений лития при относительно низком его содержании. Для очистки вод от органических загрязнителей рекомендованы различные сорбенты.

Основные научные и практические выводы:

3. 1. В результате анализа ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки, выявлены техногенные ореолы, характеризующиеся экспоненциальными зависимостями концентраций поллютантов, образующиеся в результате миграции токсичных компонентов.

   2. При мониторинге поверхностных и подземных вод на горнодобывающих предприятиях необходимо кроме основного состава и содержания нефтепродуктов контролировать литий, бром, бор, и стронций.

   3. Установлена линейная функциональная зависимость концентраций токсичных элементов от общей минерализации исследуемой системы для групп месторождений, ограниченных тектоническими дизъюнктивными элементами первого и второго порядков.

   4. При мониторинге поверхностных и подземных вод для сокращения количеств отборов проб возможно использование общей минерализации раствора в качестве маркерного показателя для прогнозирования содержания токсичных неорганических компонентов.

   5. Адсорбция керосина по значению энергии Гиббса термодинамически наиболее вероятна на сорбентах в последовательности: БАУ > АГ-3 > КАД-йодный > шунгит. Температурная зависимость процесса при использовании различных сорбентов по значению энтальпии адсорбции выглядит следующим образом (в порядке убывания влияния температуры на процесс): шунгит > КАД-йодный > АГ-3 > БАУ. Использование шунгита в качестве сорбента для очистки воды от нефтепродуктов может быть перспективно, несмотря на более низкую сорбционную способность, поскольку он является дешевым природным материалом, не требующим специальной подготовки перед сорбцией.

   6. Определены условия, способствующие наиболее полному выделению лития из воды. Наблюдается закономерное увеличение расхода Al(OH)₃ при уменьшении начальной концентрации лития в растворе. Для извлечения 90% лития при начальной концентрации лития в растворе 20 мг/л необходимо подавать 6 моль Al₂O₃ на 1 моль Li₂O, при 10 мг/л – 7, при 1 мг/л – более 12.

   7. Предотвращенный экологический ущерб при внедрении мероприятия по извлечению 90% лития составит 692 тыс.руб/год, суммарный экономический эффект – 13,48 млн.руб/год.

   Изменения характеристик вод под воздействием производства

   В подземных водах выявлено больше половины всех известных химических элементов. Но лишь шесть главных ионов С Г, SO42", НСОз", Са2+, Mg2+, Na+ определяют химический облик воды и ее свойства [65, 168].

   Все подземные воды по содержанию в них ионов, солей и коллоидов делятся на пресные (суммарное содержание минеральных веществ не превышает 1 г/л), минерализованные, или соленые (количество минеральных веществ со 11 ставляет от 1 до 35 г/л) и рассолы (минерализация выше 35 г/л). Выделяют два основных вида пластовых вод: жесткие — хлоридные кальциево-магниевые и щелочные, или гидрокарбонатно-натриевые.

   Таким образом, попутные подземные воды месторождений полезных ископаемых могут рассматриваться как гидроминеральные ресурсы, являющиеся составной; частью ресурсов месторождений полезных ископаемых,,и, следовательно, потенциальным источником минерального сырья [12, 27, 49; 51, 53, 55, 60, 70, 78- 87-89, 96, 103, ПО, 158, 174-175].

   С другой стороны, в результате аварий или; сброса в акватории технологические воды попадают в, окружающую среду.. Из-за- значительного содержания макрокомпонентов и особенно микроэлементов; часто превышающих нормы ПДК, формируются: значительные по площади ореольг загрязнения поверхностных и подземных вод за пределами; горного и промышленного? отводов; что- способствует изъятию- территорий» сельскохозяйственного и иного назначения из; землеоборота.[?125; 13Ї-Г32, 164; 173]; Многие редкие и рассеянные; элементы являются высокотоксичными,: вследствие чего степень их воздействия на компоненты; окружающей; среды часто превышает воздействие макрокомпонентов [28-29; 66, 101].

   Специфика пластовых вод нефтяных месторождений, в первую очередь, обусловлена их высокойминерализацией. В наиболее погруженных частях, бассейнов нередко подземные воды представляют собой рассолы, минерализация которых достигает нескольких сотен граммов на литр. Большое влияние на минерализацию и состав подземных; вод оказывает наличие или отсутствие в бассейне соленосных толщ, представленных каменной; солью или гипсами; Если такие породы присутствуют в разрезе, минерализация вод всего бассейна возрастает. Увеличивается минерализация вод и тех горизонтов, которые расположены выше или ниже соленосных отложений и находятся от них на большом расстоянии [65]. По положению относительно нефтегазоносных горизонтов пластовые воды подразделяются на следующие виды: 1) контурные или краевые воды - залегают в пониженных участках нефтяных пластов, они часто подпирают нефтяную залежь со стороны контура нефтеносности; 2) верхние контурные (верхние краевые) воды встречаются тогда, когда нефтеносная часть пласта выведена на поверхность и заполнена водами атмосферных осадков и поверхностными водами; 3) подошвенные, располагающиеся в приконтурной части пласта, в нижней его части; они распространены иногда по всей части структуры, включая и ее вводовую часть; 4) промежуточные, залегающие в пропластках нефтяных или газовых пластов; 5) верхние, залегающие выше данного нефтяного или газового пласта; 6) нижние, залегающие ниже данного нефтяного или газового пласта; 7) смешанные, залегающие выше данного нефтяного или газового пласта и поступающие в пласт из нескольких водоносных пластов или поступающие в данный нефтегазоносный пласт из выше- и нижележащих водоносных пластов [183].

   Химический состав пластовых вод зависит от геологического возраста и стратиграфического положения нефтяного горизонта, от первичной солености бассейна осадконакопления и от состава пород, по которым они циркулируют, а также от тех процессов, которые протекают в водоносных горизонтах на разных этапах геологической истории. Процессы выщелачивания при движении воды в известняках приводят к появлению катионов Са2+, в доломитах - к появлению Са2+ и Mg2+. Пласты каменной соли обогащают воды ионами Na+ и СГ. Натрий и хлор содержатся в различных породах, поэтому даже если пластов каменной соли нет, в водах присутствуют эти элементы. Если пласты породы состоят полностью или частично из гипса, то вода, попадая в такие породы по трещинам или циркулируя на границе с этими отложениями, обогащается ионами SO42" и Са2+. Содержание редких и рассеянных элементов в подземных водах внутренней части залежи, в приконтурной зоне и за ее пределами может существенно изменяться, и такие изменения неоднозначны.

   В подземных водах довольно широко распространен йод. Он содержится в виде иона Г, а также в составе органических соединений [38]. Однако йод вместе с подземными водами все время перемещается в пласте и поэтому его концентрации крайне неравномерны. Встречаются нефтяные месторождения, в водах которых имеются довольно высокие концентрации йода, но бывает и так, что йод вовсе не обнаруживается [45]. Во всех странах мира, кроме Чили, где есть уникальное месторождение твердых минералов йода, этот ценный химический элемент добывается из подземных вод. Часто выявляют такие воды, которые представляют самостоятельный интерес и имеют большую ценность. [46-50,115].

   Значительную ценность представляют воды нефтяных месторождений, в которых повышено содержание брома, часто добываемого совместно с йодом. В ряде случаев при высоких содержаниях брома организуется самостоятельная разработка бромоносных вод [22, 62, 71, 90, 124, 133-134, 141, 148, 151-152].

   Кроме указанных ионов в подземных водах обнаруживаются ионы аммо-ния NH4 , железа Fe и Fe , калия К , стронция Sr , лития Li , бора и многих других. В нефтеносных отложениях по данным ряда исследователей нередко наблюдаются радиоактивные элементы [56, 74, 123].

   Металлы могут находиться и в нефти в виде разных комплексов; мыл и др. соединений [156]. В настоящее время в нефтях и битумах обнаружено свыше шестидесяти элементов, причем большая часть их представлена редкими и рассеянными элементами. Тяжелые нефти и битумы наиболее обогащены V, Ni, Re, Mo, Se, As, Cd. Содержание ванадия в таких месторождениях сопоставимо порой с рудной концентрацией

   Классификация экологической опасности технологических водместорождений

   Одним из наиболее опасных органических веществ, загрязняющих среду обитания; является нефть - сложный комплекс веществ, состоящий почти из 3000 ингредиентов, окисление которых требует значительных затрат кислорода. Её токсичность определяется водорастворимыми фенольными соединениями и ароматическими углеводородами, поэтому чрезвычайно велико токсическое действие нефти и нефтепродуктов на все виды растений и живых организмов. Присутствие нефтепродуктов в абиотических компонентах окружающей среды [72] также влияет на их качество. Другим важным фактором является способность нефти, особенно её легких фракций, с большой скоростью растекаться по поверхности воды, образуя тонкую пленку большой площади, которая существенно нарушают естественный обмен энергией, теплом, газами, влагой между атмосферой и водоемами, что отрицательно отражается на процессах естественного самоочищения водоемов. Вследствие этого разливы нефти на воде считаются более опасными, чем на почве, где она до определённой степени удерживается ее частицами [9, 13].

   Для водоемов с поступлением в них сточных вод, содержащих нефтепродукты, можно выделить следующие формы содержания нефти в водной среде: плавающую (свободную), растворенную (до 2 мг/л) и эмульгированную. Свободная - разлитая нефть - плавает на поверхности открытых водоемов, либо, просачиваясь через грунт, образует на поверхности подземных водоносных горизонтов так называемые линзы (техногенные месторождения) [13]. В среднем, после подготовки нефти в водах содержится нефти не менее 1000 мг/л.

   Запахи нефти в воде ощущаются уже в небольших концентрациях: пороговые концентрации для большинства нефтей и нефтепродуктов составляют 0,1-0,3 мг/л. Принятое суммарное содержание нефтепродуктов в водоемах ры-бохозяйственного назначения в соответствии с ОСТ 38.01378-85 составляет 0,05 мг/л [135, 137].

   Соли минеральных кислот Токсическое действие на рыб хлорид кальция (СаСЬ) оказывает в концентрациях 500-1000 мг/л, на дафний - 649 мг/л; для растений токсична концентрация 3500 мг/л. ЛК5о катиона кальция (Са ) для низших водных организмов при экспозиции 48 ч - 3000-7000 мг/л [28], лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) -санитарно-токсикологический. ПДКР.Х. для Са составляет 180 мг/л [119]. Содержание кальция в пластовых водах коллекторов месторождений превышает ПДК от 10 до 120 раз. Хлориды (СГ) содержатся в пластовых водах от 12780 до 146615 мг/л. ПДКХП. = 350 мг/л (ЛПВ - органолептический); ПДКрх. = 300 мг/л (ЛПВ - санитарно-токсикологический), превышение ПДК составляет от 40 до 500 раз [29, 154-155].

   Токсическая концентрация сульфата кальция (CaSO для рыб 633 мг/л [119]. ПДК сульфатов (SO4 ") для водоемов хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного назначенияхоставляет 500 мг/л и 100 мг/л соответственно. Содержание сульфатов достигает 1589,2 мг/л (15 ПДК) [154-155].

   В токсических дозах натрий вызывает у рыб паралич нервно-мышечного аппарата, поражения жаберного эпителия [119]. ПДКХ.П. = 200 мг/л; ПДКрх. = 120 мг/л, ЛПВ - санитарно-токсикологический. Катион натрия в пластовых водах содержится от 5328 до 62935 мг/л, т.е. превышает ПДК от 30 до 500 раз. ПДКрх. (К+) = 50 мг/л. Превышение содержания калия в пластовых водах (1458 мг/л) составляет 30 раз.

   Для большинства сельскохозяйственных культур содержание магния свыше 2,5 % является избыточным. ПДКр.х. Mg составляет 40 мг/л. Превышение ПДК достигает 85 раз при содержании магния в пластовых водах от 622 до 3405 мг/л.

   Хлорид лития (LiCl) вызывает симптомы отравлений у растений вследствие аккумуляции в почве и растениях при концентрации 1,2-4,0 мг/л. Попадая в организм, литий вызывает слабость, головокружение, сонливость, потерю аппетита. Действие солей лития на энергетические процессы прямо коррелирует с концентрацией катиона лития [119]. ПДКР.Х. LiCl составляет 0,15 мг/л [28] при токсикологическом ЛПВ, что в 65-720 раз меньше, чем его содержание в пластовых водах (концентрация Li+ изменяется от 1,6 до 17,9 мг/л).

   Минимальная! вредная концентрация хлорида рубидия (RbCl) для водорослей и простейших составляет 14 мг/л [28]. ПДК в.р катиона рубидия Rb составляет 0,1 мг/л (к природному фоновому содержанию) [154-155]. Превышение ПДК по рубидию — до 20 раз.

   Подпороговая концентрация хлорида стронция (SrCb) в водоеме, определяемая органолептическими показателями, составляет 13 мг/л. Для рыб соединения стронция малотоксичны - караси гибнут при концентрации SrCb 1538 мг/л [119]. ПДКР.Х. катиона Sr составляет 10,0 мг/л.

   При избытке стронция в организме теплокровных поражается прежде всего костная ткань, печень и кровь. Известен как нервный и мышечный яд. Длительное пользование водой из источников с содержанием стронция до 10 мг/л и выше отражается на росте детей. Отмечена слабая прямая корреляционная зависимость между частотой онкологических заболеваний и содержанием в почве валовых форм стронция. ПДКХ.П. составляет 7 мг/л (ЛПВ - санитар-но-токсикологический) [154-155]. Содержание стронция в пластовой воде изменяется от 58,4 до 669,6 мг/л (от 8 до 96 ПДК).

   Содержание бромидов (Br") для водоемов рыбохозяйственного назначения не нормируется, ПДКХ.П. = 0,2 мг/л (содержание в пластовых водах превышает ПДК от 340 до 2700 раз).

   Токсический эффект йодидов обусловлен перекисным окислением липи-дов вследствие образования большого количества свободных радикалов. Иодид калия угнетает синтез белка. Для пресноводных водоемов и водотоков, содержание йодидов не нормируется. ПДКр.х. йодидов (Г) составляет 0,2 мг/л (к природному фоновому содержанию) для морских водоемов. Содержание йодид-ионов изменяется в пластовых водах от 7,4 до 30,4 мг/л.

   Бор не относится к высокоопасным элементам, но может вызывать поражение почек и желудочно-кишечного тракта, эндемичные энтериты. Трехвалентный ион бора (В3+) нормируется в воде: ПДКХ.П. = 0,5 мг/л; ПДКР х, = 0,17 мг/л. Содержание бора достигает 51,0 мг/л (30 ПДКР.Х).

   Сорбенты для очистки и доочистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов

   В результате аварий технологические воды попадают в окружающую среду. В связи с этим необходим мониторинг загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды. При анализе действующей системы мониторинга ряда предприятий было выявлено, что ни один из наиболее токсичных элементов не подвергается даже эпизодическому контролю.

   Представляется актуальным усовершенствовать систему мониторинга поверхностных и подземных вод на нефтедобывающих предприятиях. При. проведении обследований, необходимо определять концентрации перечисленных выше токсичных элементов в объектах природной среды, и частоту отбора проб при проведении мониторинга.

   Совершенствование мониторинга может осуществляться следующими путями: - совершенствование перечня компонентов, контролируемых в объектах окружающей среды; - обеспечение мониторинга охраны окружающей среды инструментальными средствами авиационно-космического и наземного экологического патрулирования; - внедрение систем автоматического мониторинга; - установление взаимосвязей компонентов на основе данных мониторинга; - прогнозирование на основе данных мониторинга; - ведение электронного картирования загрязнений и техногенной нагрузки.

   Эффективность экологического мониторинга решающим образом зависит от правильной-его организации. Можно І годами? вести мониторинг в регионе — и не получить значимых результатов. Анализ таких ситуаций приводит к выводу, что очень важной стадией мониторинга является правильная постановка работы, включающая предварительное изучение ситуации, разработку программы, анализ полученных данных, интерпретацию информации и подготовку соответствующих выводов.

   Важное значение имеет выбор показателей, по которым характеризуется состояние природных сред. Большинство приоритетных показателей для разных компонентов природной среды одни и те же, что очень важно при выяснении характера взаимосвязи загрязнения поверхностных и. подземных вод, почв, воздуха, снежного покрова; растительного и животного мира, гидробиоты и донных отложений. В большинстве случаев ограниченные ресурсы жестко диктуют необходимость сократить программу измерений, сохранив, по возможности, качество получаемого материала.

   Для водных объектов удобно устанавливать так называемые маркерные характеристики, позволяющие составить представление об общем характере загрязнения, не осуществляя полной программы измерений. Следует искать такие маркерные показатели, которые определяются сравнительно просто и недорого, например, электропроводность, рН, органолептические параметры: цветность запах и пр., установление которых может быть проведено непосредственно на месте и не требует ни значительных затрат времени, ни сложной приборной базы.

   В целом программа должна [182]: быть научно обоснованной; быть достаточно гибкой, допускать пересмотр задач и подходов на основе получаемых результатов; давать значимые результаты, т.е. результаты, несущие осмысленную информацию, которую можно интерпретировать; быть экономичной, полностью управляемой и контролируемой с точки зрения материальных и временных ограничений.

   Выбор методов и средств измерений параметров источников воздействия и состояния окружающей среды зависит не только от того, за каким параметром необходимо вести наблюдения, но и от задач программы в целом. Например, не всегда необходимо привлечение инструментальных методов определения загрязняющих веществ, т.к. существуют достаточно простые и информативные приемы, не требующие сложного оборудования и высокой профессиональной подготовки (визуальные методы, некоторые способы биоиндикации и т.п.).

   Предпочтительнее использовать методики, утвержденные Госстандартом РФ, допустимо применение методик Госсанэпиднадзора Росгидромета. Так, в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 [155] для проведения лабораторных исследований (измерений) качества питьевой воды допускаются метрологические методики, соответствующие требованиям ГОСТ 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений» и ГОСТ 8.556-91 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики определения состава и свойств проб вод. Общие требования к разработке», установленные значения показателей погрешности которых не превышают норм погрешности по ГОСТ 27384-87 «Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств», а также методики, утвержденные или допущенные к применению Госстандартом России или Госсанэпиднадзором России. При использовании других ведомственных методик следует уточнить, являются ли рекомендованные способы проведения измерений пригодными для технологического контроля (например, в химической или пищевой промышленности) или для оценки качества природных сред, т.к. выполнение аналитических измерений по неаттестованным методикам может поставить под сомнение полученные результаты.

   Было показано, что наибольшую экологическую опасность из неорганических микрокомпонентов в технологических водах нефтедобывающих предприятий представляют хлориды, натрий и калий, литий, бор, бром и стронций; из органических компонентов — нефть и нефтепродукты (см. главу 2.1.).

   Действующая, программа мониторинга по «ЛУКОИЛ-Коми» предполагает отбор природных и грунтовых вод в установленных местах дважды-в месяц по утвержденному графику. Пробьь при этом анализируют на содержание нефтепродуктов и хлоридов,- Каждый квартал (в марте, июне, сентябре и декабре) дополнительно определяют содержание фенолов, меди, цинка, железа, свинца, СПАВ, а также БПКП0ЛН и КВЧ.

   Как видно из действующей программы мониторинга, в водных объектах контролируется содержание тяжелых, цветных металлов (меди, цинка; свинца), тогда как не было отмечено случаев \ повышения, их концентрации в объектах природной среды. В первую очередь.это связано с тем, что для попутно добываемых вод Тимано-Печорской нефтегазовой провинции эти элементы не являются характерными. В связи с этим закономерен вопрос о нецелесообразности продолжения контроля содержания этих элементов в компонентах природной среды.

   С другой стороны, присутствие лития, брома, бора и стронция в попутно добываемых пластовых водах характерно для всех вод нефтяных месторождений. Но ни один из них не подвергается даже эпизодическому мониторингу. Поэтому необходимо включить эти элементы в программу мониторинга для регулярного контроляв окружающей среде.

   При установлении зависимостей между компонентами технологических вод было показано, что концентрации некоторых из токсичных веществ прямо-пропорционально увеличиваются с ростом минерализации, которая в данном случае может служить маркерным показателем

   Получение технологических характеристик извлечения лития из водных растворов при относительно низком его содержании

   Наиболее прост насыпною фильтр, представляющий колонку с:неподвижным, слоем сорбента, через который; фильтруется , сточная вода: Окорость фильтрования;: зависит от, концентрации; примесей: иг. составляет 1-6 м/ч при;; крупности;сорбента 1,5-5 мм [169].

   Любое тело в пространстве ограничено поверхностью; и; следовательно; вещество- его потенциально является сорбентом. Однако в практике ОЧИСТКИ; воды используются лишь сорбенты с развитой или; специфической- поверхностью, применение которых значительно эффективнее. Наибольшую удельную; поверхность имеют тонкодисперсные (ёэкв" 100 мкм) и пористые сорбенты (100 - 1000 м /г). Поры сорбентов делятсяїна: микропоры,(гЭфф 0,6-0,7 нм); супер-микропоры 0,6-0 ,7 нм гЭфф 1,5-1,6;нм); мезопоры (1,5-1;6 нм гЭфф. 100-200 нм) и макропоры (гЭфф 100-200» нм):, КГ преимуществам-сорбционного метода относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно; широкойшрироды-практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений; и. управляемость процессом:

   Предварительная очистка воды перед сорбцией снижает расход сорбентов [162]. Для сорбционной очистки воды используют множество материалов естественного и искусственного происхождения [10, 13, 68, 82 106, 127, 145, 167, 169, 176, 181]. Идея о применении дешевых углеродных,.органических и минеральных сорбентов, а также различного рода отходов для очистки воды всегда актуальна из-за низкой рентабельности систем очистки сточных вод. Для производства таких сорбентов наиболее привлекательно естественное органическое сырьё и отходы.производства растительного происхождения. Они являются, как правило, органической частью существующих экосистем, поэтому сорбенты на их основе в наибольшей степени соответствуют экологическим требованиям. Также применяют различные природные сорбенты на минеральной основе, встречающиеся в составе грунтов, средней полосы России. Часто для улучшения,сорбционных свойств природные материалы подвергают обработке. Однако, несмотря на интенсивные поиски заменителей, пока не удалось найтш материала, который был бы столь эффективен в качестве сорбента, как активированные угли (АУ).

   В мировой практике ликвидации разливов нефти насчитывается около 200 сорбентов, которые можно классифицировать по разным признакам. В зависимости от характера загрязнения все известные сорбенты можно разделить на два класса.

   Сорбенты для сбора аварийно разлитой нефти с поверхности почвьп или воды (плавающие или расстеленные по поверхности) - имеют незначительную плотность, а- насыпная плотность значительно меньше истинной плотности. Такие сорбенты имеют значительную (до 25 кг/кг) сорбционную емкость, регенерация осуществляется посредством отжима на прессах [13, 176].

   Во многих регионах перспективно использовать торф. Практическому использованию торфа способствует то, что это природное сырье нетоксично, дешево, технология его добычи высоко механизирована, а сырье широкодоступно. В .нашей стране исследования сорбционных свойств торфа проводятся с 50 гг. Известны работы [68, 127] по очистке вод от нефтепродуктов с концентрацией более 200 мг/л. Лабораторные испытания в адсорбционных колоннах диаметром. 28 мм показали принципиальную возможность доочистки до санитарных норм при фильтрации в восходящем потоке со скоростью 0,7 м/ч через-неподвижный слой высотой 17 см. Степень очистки составляет до 95 % при.остаточном содержании«0,25-8 мг/л. Также возможно использование торфа в смеси со щебенкой или керамзитом [10].

   Синтетический гидросиликат кальция Это эффективный неорганический поглотитель нефти и нефтепродуктов. Синтез поглотителя осуществлен гидрохимическим методом из отходов производства- ОАО «Воскресенские минеральные удобрения» - фосфогипса и крем-негеля. Разработана технология синтеза тонкодисперсного1 гидросиликата кальция, имеющего высокоразвитую площадь поверхности. Предложены специальные приемы, позволяющие дополнительно активировать поверхность гидросиликата и дающие возможность адсорбировать на 1 г поглотителя до 0;4 г нефти и нефтепродуктов [145]. Применение специальных щелочных агентов.при синтезе гидросиликата из отходов некоторых химических производств позволяют значительно снизить себестоимость получаемого поглотителя и попутно получать калийные и аммонийные удобрения. Регенегация гидросиликатного поглотителя с сорбированными нефтью и нефтепродуктами осуществляется путем прокаливания. При этом адсорбированные нефть и нефтепродукты выполняют роль топлива и являются, дополнительным источником энергии. Регенерированный гидросиликат кальция не изменяет своих физико-химических свойств после прокаливания и может применяться в процессах очистки многократно (выдерживает 80-100 циклов). Изготовленный в виде гранул поглотитель на основе гидросиликата кальция был испытан-для очистки сточных вод ливневой канализации Егорьевского станкостроительного завода «Комсомолец». Степень очистки от нефтепродуктов составляет 99-99,5% [145].

   Природные цеолиты промышленного значения - клиноптилолит, морде-нит. Они кислото- и термоустойчивы, не являются канцерогенами. Изучена сорбция в статических условиях на модельных смесях, состоящих из1 ароматических соединений; - толуола1 и нафталина. При концентрации толуола 3 г/т в исходной, смеси практически «весь он сорбируется. При повышении концентрации доіб г/л степень очистки составляет около 50 %. При совместном присутствии толуола (3 г/л) и нафталина (2,7 г/л), толуол удаляется из водььна 96,6 %, а нафталин лишь на 7,4 %. Присутствие нафталина указывает на его неспособность прохождения через природные и синтетические сорбенты [106].

   Похожие диссертации на Снижение воздействия технологических вод горнодобывающих предприятий на природную среду

   

   Техногенное воздействие угледобывающих предприятий на окружающую среду : На примере КузбассаСчастливцев Евгений Леонидович

   

   Техника и технология защиты окружающей среды от сточных вод на примере металлургического предприятияДенисов Сергей Генрихович

   

   Снижение пылевой нагрузки на окружающую среду связыванием дисперсных материалов пылящих поверхностей на территории горных предприятий Ильченкова Светлана Александровна

   

   Снижение уровня воздействия очистных сооружений водопровода на природную среду и риска техногенной чрезвычайной ситуацииКурнева Екатерина Юрьевна

   

   Снижение воздействия твердых горючих углеродсодержащих отходов горного производства на окружающую среду на основе их переработки и утилизацииМирошина Валерия Васильевна

   

   Снижение воздействия физического и химического загрязнения от эксплуатации автотранспорта на окружающую среду крупных городов : На примере г. МосквыМхитарян Нунэ Араевна

   Создание способа электрохимической обработки хранилищ техногенного минерального сырья, как средства снижения их вредного воздействия на подземные водыСауков Игорь Владимирович

   

   Оценка техногенного воздействия накопителей промышленных стоков металлургических предприятий Среднего Урала на подземные водыКопенкина Ольга Алексеевна

   

   Экогеохимические методы защиты водных объектов от техногенного воздействия при сбросе промышленных сточных вод в природнотехнической системеГамм Тамара Алексеевна

   Разработка технологий минимизации техногенного воздействия на окружающую среду предприятий по добыче и переработке рудного золотаБатоева, Агния Александровна