Содержание к диссертации
Введение 7
Актуальность работы 14
Цель работы 15
Объекты исследований и научного анализа 16
Научная новизна 17
^ Методика исследований 18
Достоверность полученных данных и разработанных моделей 18
Практическая ценность 19
Личный вклад автора 20
Апробация работы 21
Глава 1. Правовые и международные аспекты в области гео
экологии водных ресурсов Щецинской области Польши 22
Международное и национальное законодательства в области охраны водной среды 22
Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) 27
Агентство по охране окружающей среды США (US ЕРА) 27
Европейское сообщество (ЕС) 28
Международная конвенция МАРПОЛ 73/78 30
ф 1.6. Польский национальный комитет нормализации по разработке
польских норм по охране окружающей среды (Водный кодекс Польши).. 32
1.7. Основные направления совершенствования нормативной базы
качества воды Польши 35
1.8. Выводы 43
Глава 2. Системный и научный подход к решению проблемы со-
хранения и рационального использования природных ресурсов 44
2.1. Периодическая система Д.И. Менделеева — основа научного подхода
к решению проблем рационального использования водных ресурсов 44
2.1.1 Оюгслительнснвосстановительные реакции, классификация и определе
ние токсичности элементов, ионов и минералов геохимических циклов 47
2.1.2. Современная теория строения кристаллических веществ, минералов и 52
техногенных отходов
2.2. Электроотрицательность и электрохимический потенциал кристалла 58
Термодинамический расчет электрохимического потенциала природных минералов и техногенных продуктов 58
Энергетический выбор реагента и методика расчета потенциала геохимического цикла (Mg,Ca,Zn,Sr,Cd,Mn,Fe) - С - 0 62
Геохимические основы и термодинамические расчеты гидрато-ционных циклов природных минералов и техногенных продуктов 80
Гидроксиды 82
Сульфиды и фториды 83
Неорганические комплексные минералы 84
2.3. Гидрохимический цикл воды и растворимость кристаллов 86
2.3.1. Методические основы гидратоционных геохимических циклов
воды при ее контактировании с минералами 86
2.3.2. Растворимость СаО и Са(ОН)2 в системе
СаО-Н20 90
2.3.3. Теоретические основы растворения RO и R(OH)2 в воде 93
2.4. Выводы 96
Глава 3. Геоэкологический анализ влияния городов-портов Щецин - Полице - Свиноустье на экологию водной среды
Щецинской области 98
3.1. Общая характеристика промышленного района 98
Функции портов 103
Промышленная классификация городов портов Свиноустье - Степни-ца—Полице—Щецин 105
3.2. Научно - техническая и геоэкологическая характеристика городов - портов
Свиноустье—Степница—Полице - Щецин 107
Город-порт Свиноустье 107
Город-порт Степница 112
Город-порт Полице 113
Город-порт Щецин 117
3.3. Геоэкологическао - техническая характеристика морских и речных портов
Щецинской области Польши 122
3.3.1. Общая экологическая характеристика промышленности Щецинской
области 122
fc 3.3.2. Экологическое состояние побережья Балтийского моря 132
3.3.3. Качество вод главных рек Щецинской области 134
Залив Померанский (ZATOKA POMORSKA) 135
Залив Щецинский (Szczecinski) 139
Характеристика состояния водных ресурсов реки Одера в соответствии с требованиями и критериям Европейского союза 141
3.4. Промышленные отходы городов - портов Щецинской области 146
3.4.1. Эколого-химическая и минералогическая классификация тех-
ф ногенных отходов 146
Химический комбинат по переработки апатита города - порта Полице 150
Металлургический комплекс порта Щецина - "HUTA" 153
Энергетический комплекс городов — портов Полице - Щецин... 155
Машиностроительный, судостроительный и ремонтный комплекс Свиноустье - Полице - Щецин 157
3.5. Выводы 158
*
Глава 4. Системный анализ геохимического и технологического круго
ворота фосфора в природном цикле (порт-город Полице) 160
4.1. Геохимическая модель круговорота воды и фосфора природного цикла 160
Круговорот фосфора в природе 160
Химический и минералогический состав апатито - фосфатных руд 168
4.2. Экологическое моделирование процессов транспортирования, разгрузки и
погрузки сыпучих материалов в порту 171
Основные теоретические положения 171
Физико-химические свойства неорганических пылей 177
4.3. Технологические свойства апатитового концентратая 184
Физико-химические свойства апатитового концентрата 184
Хранение и транспортирование фосфатного сырья 186
Промышленные данные по эмиссии неорганических пылей при пере-грузке сыпучих материалов 189
4.4. Геохимический и технологический цикл фосфора и воды 192
Геоэкологические требования к морским транспортным судам 193
Геоэкология, технология, водный баланс производства фосфорной кислоты 196
Физико-химические свойства сульфата кальция (фосфогипс) 200
Способы получения качественного фосфогипса 202
Транспортирование, хранение и переработка фосфогипса 204
Системное и термодинамическое моделирование геохимических циклов 209
Выводы 223
Глава 5. Технологические схемы и методы ликвидации ток
сичных отходов портов. 225
5.1. Промышленные системы очистки промышленных и хозяйственно -
бытовых сточных вод 227
Санкт — Петербургское предприятие водоочистки и переработки осадка (Россия) 227
Комплексная переработка отходов г. Щецин (Польша) 229
5.2. Физико-химические свойства и методы синтеза' оксихлоридного
коагулянта для ликвидации токсичных органических и неорганических
промышленных отходов морских портов 235
Физико-химические свойства оксихлоридов алюминия в системе А1С13-Н20 235
Технологические свойства промышленного оксихлоридного коагулянта, используемого для очистки сточных вод 237
5.3. Технологические схемы синтеза оксихлоридного коагулянта на ос
нове отходов судостроительной промышленности порта Щецин 239
Гидрохимический способ получения оксихлорида алюминия с использованием нефелиновый концентрат 239
Технология получения оксихлоридного коагулянта из алюминиевых отходов 240
5.3.2.1. Физико-химическая характеристика алюминиевых отходов. 240
Выбор оптимальной концентрации исходного медно-ам-миачного раствора 241
Технологический цикл переработки алюминиевых отходов
с использованием системы Cu-Al -NH3-H20 242
5.4. Теория и технология применения гидроксохлоридного коагулянта
для очистки сточных вод 244
Теоретические основы использования оксихлоридного коагулянта 244
Методика и экспериментальное определения скорости осаждения взвешенных веществ 247
. 5.4.3. Физико-химические методы очистки сточных вод с использова
нием коагулянтов 250
Приготовление реагентов 251
Оптимизация дозы реагентов 251
5.4.3.4. Перемешивание сточных вод с реагентами 254
5.4.3.4. Отделение взвешенных частиц от воды 255
5.5. Геохимический и технологический расчет соотношения ветвей ком
плексной переработки апатитового и нефелинового концентратов 256
I 5.5.1. Комплексная переработка нефелинов 256
5.5.2. Комплексная переработка промышленных и хозяйственно- бы
товых осадков 265
5.5.2.1.Физико-химические, теплотехнические характеристики осадков, образующихся на водопроводных станциях в процессе
коагуляционной очистки воды солями алюминия 265
5.5.2.2. Совместная технология переработки нефелина и токсичных
промышленных и хозяйственно- бытовых осадков 271
^ 5.5.3. Промышленный комплекс совместной переработки апатитового
и нефелинового концентратов 274
Разработка условий получения высококачественного сульфата кальция для конверсионного процесса 277
Конверсионный процесс сульфата кальция с поучением карбоната кальция 283
5.5.2.3. Восстановление сульфатных соединений 286
х 5.6. Теоретические и технологические основы получения органно-
неорганической композиции для получения брикетов и транспортирова
ния пылевидных типов углей и углеотхода 290
5.7. Выводы 299
Заключение и основные выводы 301
Используемая литература 311
'4
Введение к работе
Геоэкологические проблемы Балтийского моря (рис.1) являются общими для Польши и России, объединенных Хельсинским соглашением по охране водных ресурсов [48, 50 -54,113].
Рис. 1. Балтийское море
Современные порты Польши - фундаментальная основа морской экономики - расположены на побережье Балтийского моря. Доступ к Балтийскому морю является важным элементом польской экономики и бесспорно определяет дальнейшее развитие Польского народного хозяйства [197, 235].
Морские и речные порты - чрезвычайно сложные промышленные объекты, содержащие технологические и организационные структуры, которые выполняют различные экономические и политические задачи. С одной стороны, порты представляют собой важный элемент цепи, позволяющий осуществлять погрузо-разгрузочные работы при использовании моря для транспортных целей, с другой стороны, они играют обязательную роль в росте и расширении прилегающего города и даже региона. Без эффективных научно-технических и экологических средств их обслуживания невозможно дальнейшее развитие промышленной отрасли водных транспортных перевозок [229 - 232].
Польша имеет береговую линию более 500 км с целым рядом современных хорошо оснащенных комплексов гавани (рис. 3, 4 ,5), крупнейшими из которых являются Гдыня-Гданьск и Щецин-Свиноустье.
Первый комплекс расположен в устье реки Вислы, а во второй — в устье реки Одер. Висла создает очень удобный внутренний водный путь к центру Польши, Украины и Центральной России, а Одер связывает Восточные области
PERFORMED POLISH SEA PORTS
(INCLUDED IN THIS PUBLICATION)
BALTIC SEA
Swinouiicie |ф-
T^V s,epnic* POMORSKIE
Polk» U
Szczedn «1
Рис. 2. Порты Польши, расположенные на побережье Балтийского моря
IQ> РЫкт
Г-*лРшг>лги_ 'Sictwan-Skot,
SZCZECIN -
>-u
Star* Czamowo
v "Gryfino
Рис. 3. Морской порт Щецин-Свиноустье
Рис. 4. Промышленные центры Щецинского региона
t Германии, включая Берлин. Используя передовую технологию погрузо-
разгрузочных работ морские и речные суда в портах могут быть быстро загружены или разгружены, а груз может поставляться оттуда заказчику любым видом транспорта.
Кроме того, порты, обладая мощными техническими средствами обслуживания, могут являться хранилищами, занимая площади от 10 до 1000 га (порты Свиноустье, Щецин), а подчас и промышленными переработчиками
*' минерального сырья, например, порт Полице с выпуском товарной продукции.
Учитывая физико-химические, минералогические и механические характеристики транспортируемых грузов водным путем (табл. 1), их можно условно классифицировать по агрегатному состоянию:
жидкие - нефть и нефтепродукты, серная и фосфорная кислоты, аммиак и жидкие комплексные азотно-фосфорные удобрения;
твердые - уголь, руда, кокс, сера, апатитовый и нефелиновый концентрат, минеральные азотно-фосфорные удобрения, известь и портландцемент. На рис. 5 приведены общие объемы транспортируемых грузов, по данным компании Szczecin-Swinoujscie Port Autority, портами Свиноустье, Щецин, Полице, Степница, входящими в объединенную промышленную ассоциацию. Анализ приведенных данных рис.5...8 показывает, что только три порта Свиноустье, Щецин, Полице имеют достаточно высокий промышленный грузо-
' оборот по разработанной нами агрегатной классификации грузов.
Анализ приведенных данных рис. 5...8 и структурный анализ работы
Szczecin-Swinoujscie Port Autority позволил определить основные промышлен
ные предприятия, использующие доставляемое морским и речным транспор
том природное сырье и перерабатывающие его с получением товарной продук
ции и промышленных отходов.
0 Порт Щецин - Свиноустье является самым большим сухим оптовым
терминалом в Польше с общим количеством перегружаемого насыпного груза до 12 млн.т. Порт имеет полностью механизированный экспортный угольный терминал, через который ежегодно перегружается приблизительно 10 млн. т.
В настоящее время Порт Handlowy Swinoujscie Ltd готов обслужить
большегрузные морские суда с импортированным углем, а также обслуживать
^ весь Польский импорт и транзит железной руды.
Уголь Общий груз
Зерно
Насыпной груз
Руда
Свиноустье Щецин
Полице
Степинца
Жидкий груз Древесина
Рис. 5. Грузы, транспортируемые портами Польши в 2001... 2002 г г.
і
S- Уголь Общий груз Зерно Насыпной груз Руда Жидкий груз
Рис. 6. Грузы, транспортируемые портом Свиноустье в 2001...2002 г
Древесина Жидкий груз
Рис.7. Грузы, транспортируемые портом Щецин в 2001... 2002 г г.
а.
2500 2000 -I 1500 1000 500 0 4-
Уголь
Насыпной груз Руда
Рис. 8. Грузы, транспортируемые портом Полице в 2001...2002 г г.
Существующий город - порт Полице является одним из самых крупнейших химических предприятий Польши, который производит, главным образом, серную и фосфорную кислоты, аммиак, суперфосфат и комплексные минеральные азотно-фосфорные удобрения, а также белила на основе титана.
Щецино-Свиноустьевский промышленный регион Польши (табл. 1) имеет важное экономическое значение для центральной Европы.
Таблица 1. Основные виды деятельности портов Щецин - Свиноустье
Значительные объемы транспортируемых пылевидных грузов (уголь, руды, фосфорит, апатит, нефелин) привели к развитию химической, сталелитей-
» ной и других видов многотоннажной промышленности Польши.
Производство продукции химической, металлургической и энергетической промышленности сопряжено, как правило, с образованием жидких и твердых токсичных отходов и пылевидных продуктов, которые оказывают свое негативное воздействие на водные поверхностные и подземные ресурсы. Образование отходов в технологических процессах обусловлено несовершенством существующей технологии, изменением качества и условий подготовки сырья.
,HN В табл. 2 приведены технологические данные портов о различных видах
природного сырья, товарной продукции и промышленных отходах производства, которые специализируются по перегружаемому и перерабатываемому минеральному сырью и, соответственно, видам промышленных отходов, которые образуются и, естественно, затем должны быть ликвидированы [145].
Таблица 2. Природное минеральное сырье, перерабатываемое на химическом предприятии Полице
На рис. 9...14 приведены фотографии погрузо-разгрузочного угольного терминала, которые наглядно показывают механизм образования пылевидных
»
Рис. 9. Общий вид узла приема, хра- Рис. 10. Портовые краны для загруз-
нения и транспортировки каменного ки сырья, поступающего железнодо-
угля рожным транспортом
' * -. ' '<
МП-
Рис. 11. Портовые краны для загруз- Рис. 12.Открытый способ хранения
ки сырьем морского и речного транс- каменного угля
порта
Рис. 13. Перегрузка каменного угля с Рис. 14. Судно, загруженное камен-
транспортера в судно ным углем
угольных отходов.
На период 2002 г. в шламоотвалах Щецинско-Свиноустьевской области уже находится более 10 млн. т токсичных отходов, количество которых будет возрастать и загрязнять водную среду.
С учетом изложенного, актуальной и важной народнохозяйственной задачей является разработка технологических схем, которые позволят исключить образование отходов производства, а также создание и дальнейшую эксплуатацию шламохранилищ. Указанные недостатки сдерживают и ограничивают дальнейшее развитие водной транспортной системы перевозки грузов.
Интеграция Польши в Европейский Союз должна дать новый резкий толчок в развитии морской экономики страны. В настоящее время все порты Польши не отвечают международным требованиям, изложенным в следующих международных документах:
Международные инструкции 1972 (COLREG 1972) для предотвращения столкновений в море и защиты морской среды;
Международное соглашение 1973 (MARPOL 1973/78) для предотвращения морской и речной среды от загрязнения судами;
Соглашение по защите морской окружающей среды Балтийского моря, 1974 (1974 ХЕЛЬСИНКИ);
Выпущенные инструкции используются для безопасной навигации и определяют в настоящее время условия природоохранных мероприятий, которые необходимо соблюдать на водных объектах соответствующих портов. Разработанные инструкции являются основными нормативными актами для безопасной навигации и эксплуатации портов.
Развитие нового направления выполнено автором с учетом существования нескольких передовых программ, например "Стратегия развития морских портов Щецин - Свиноустье" - правительственные программы перспективного развития предприятий данного региона.
