Введение к работе
Актуальность проблемы. С каждым годом увеличивается количество новых химических соединений, используемых в жизни человеческого общества. Вместе с этим возрастает опасность загрязнения окружающего пространства как вновь синтезируемыми соединениями, так и отходами их производства.
В настоящее время в мире зарегистрировано более 7 миллионов производимых химических соединений. Число их возрастает примерно на 10% в год, из них около 15% находят то или иное применение в различных областях человеческой деятельности. Например, в США до недавнего времени в промышленность ежегодно внедрялось более 3 тысяч новых соединений, не считая лекарств и пестицидов.
Согласно существующему в нашей стране закону об Охране окружающей среды, каждое вновь создаваемое промышленное производство должно пройти оценку на экологическую безопасность и токсикологические испытания.. В лучшем случае это должно быть безотходное производство, в худшем — решен вопрос по утилизации образуемых сточных вод и производственных отходов.
Очевидно, что детального исследования тре^тот лишь соединения, имеющие перспективу широкого применения, но первичной минимальной токсикологической оценке должны подвергаться практически все соединения, причем еще на стадии лабораторного синтеза. Только соблюдение этого условия позволяет отобрать наименее токсичные соединения из ряда технологически равноценных веществ и произвести целенаправленный синтез новых продуктов.
Постановка такой задачи определила поиск методов утилизации промышленных сточных вод и отходов, содержащих ядовитые химические соединения.
Метод биологической очистки в аэротенках с использованием культуры микроорганизмов активного ила был первоначально разработан для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Заимствованный у природы, этот метод позволяет (при соблюдении технологических параметров) получить биологически-очищенную чоду высокого качества, а в сочетании с доочисткой в рыбоводно-биологических прудах и перед сбросом в водоемы (культурно-бытового или рыбохозяйствешюго значения) полностью осуществлять утилизацию загрязнений из сточных вод с дальнейшим безопасным сбросом в окружающую среду.
Развитие промышленного комплекса усугубляет проблему экологической обстановки вокруг крупных предприятий, ставит вопрос о поиске методов утилизации образуемых сложных по физико-химическому составу сточных вод и отходов производств, как актуальнейшую задачу Охраны окружающей среды. В России в качестве экспериментальных и пуско-наладочных работ' решены вопросы сброса на биологические очистные сооружения веществ различного происхождения. Установлены такие показатели, как химическая потребность в кислороде (ХПК), биологическая потребность в кислороде (БГЖ) и ориентировочные уровни сброса в системы канализации и далее на биоочистку.
В настоящее время все подходы разрознены и не существует конкретного метода решения проблемы утилизации промышленных сточных вод и отходов и, таким образом, снижения уровня загрязнения природоохранных объектов (водоемы, почва, воздух) в целом по региону.
Нет системы и методологического подхода для оперативного решения вопросов, связанных с методами очистки конкретных синтезируемых новых веществ или веществ-отходов новых промышленных производств на стадии синтеза, перед выдачей исходных данных для проектирования.
Глобально решен вопрос ио установлению ПДК в водоемах, но при этом не учтены характерные особенности экологической ниши или так называемого
фона (например р.Волга) при котором эти ПДК будут отличаться от установленных общероссийских в целом.
Далее разработано несколько методов расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС) в водоемы исходя из общих ПДК и степени разбавления, которые, работая для индивидуальных веществ, совершенно не учитывают сумму антропогенного воздействия на водоем в целом (например р. Волга).
Важно при этом отметить тот факт, что на многие установленные ПДК в России отсутствуют методы аналитического контроля с требуемой чувствительностью, что затрудняет определение эффективности утилизации и фона. Так, например, метод йодометрического титрования при определении БПК позволяет выдать точный результат только в концентрации более 6.0 мг/дм3, тогда как ПДК рыбохозяйственного водоема (р.Волга) установлен не более 3.0 мг/дм3.
И, наконец, практически отсутствуют методы установления допустимых концентраций индивидуальных веществ в сточных водах для биологической очистки (ДК) в системе очистных сооружений каждого конкретного предприятия (города).
Предлагаемый метод определения и контроля токсичности веществ и ДКбос сброса на биологическую очистку в аэротенках (биофильтрах) и биологические очистные сооружения в целом нашел практическое подтверждение, так как суммирует все требования к системам очистных сооружений, фоновому составу уже сформированного потока сточных вод, требований к дальнейшему сбросу в окружающую среду, а именно:
позволяет на стадии синтеза новых промышленных веществ решить проблему утилизации образуемых сточных вод и отходов;
установить безопасный уровень сброса в окружающую среду с целью дальнейшего мониторинга;
установить степень биоочистки в смеси со сточными водами различных предприятий для каждых конкретных очистных сооружений;
установить нагрузку на активный ил аэротенков (биофильтров) очистных
сооружений, с целью дальнейшего проектирования новых производств и для утилизации токсичных веществ, разработки безотходных технологий по схеме 1.
Цеха промпредприятия
Промышленное предприятие
і 1. Токсичность или биодослушюсть 2. Установление ДКбос мг\дмЗ
L".
нагрузки кг/суг.
Биологические
очистные
сооружения
Рыбоводно-биопогические пруды, гиацинт
Доочистка
Оценка суммарной ~^ Токсичности по тест-объектам к установление ПДС
Водный объект
Установление ГІДК для экологической ниши региона (р. Волга)
Схема 1. Комплексная схема биоочистки промышленных сточных вод с применением контроля и оценки степени токсичности.
Разработка методики, позволяющей достоверно установить ДК сброса различных химических веществ на каждые конкретные сооружения, для каждого конкретного региона - является основой в установлении норм
экологической безопасности при разработке новых технологий получения химических веществ различных классов
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов защиты рек, озер и атмосферного воздуха от загрязнений, связанных со сбросом токсичных сточных вод в водные объекты, посредством использования технологии биоочистки токсичных промышленных сточных вод химических производств.
Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:
обоснование метода установления степени токсичности для химических веществ с последующим установлением технологических параметров их утилизации активным илом биологической очистки;
исследование и анализ связи химической структуры веществ по классу химических соединений со степенью биодоступности или токсичности для полного извлечения из сточных вод;
разработка метода установления норм допустимых концентраций (ДК) для биоочистки по изменению активности ферментов-дегидрогеназ аэробных микроорганизмов ила;
разработка схемы комплексной технологической реализации процесса биоочистки токсичных химических веществ различных классов.
Научная новизна работы:
- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены
зависимость активности ферментов-дегидрогеназ активного ила биоочистки от
химической структуры химических веществ различных классов при совместной
очистки биологическим методом;
- получены динамические характеристики окислительных процессов,
проходящих с участием ферментов активного ила, определяющие зависимость
регулируемых технологических факторов от концентрации «токсичных» химических веществ и технологических параметров биоочистки,
- впервые детально разработана и метрологически аттестована
методика определения активности ферментов-дегидрогеназ, позволяющая с
высокой точностью получать достоверную информацию при установлении ДК;
- впервые разработан метод установления ДКБОс Для токсичных сточных
вод с последующей их утилизацией методом биологической очистки а
аэротенках биологических очистных сооружений перед сбросом в водные
объекты.
Практическое значение:
- разработана и внедрена в производство комплексная схема утилизации
химических веществ различных классов методом биологической очистки;
- предложена и внедрена в производство методика, позволяющая с
высокой точностью установить ДК и технологические параметры биоочистки;
-. экспериментально установлены и практически подтверждены ДК утилизации ряда химических, в том числе токсичных веществ, присутствующих в промышленных сточных водах, которые ранее не утилизировались;
- определены оптимальные условия для достижения высокой
окислительной мощности биологических очистных сооружений.
Реализация результатов работы:
- ОАО «Химпром» на основе результатов работы установлены ДК сброса
химических веществ на биоочистку с целью дальнейшей утилизации до ПДК
водоемов культурно-бытового назначения;
- АООТ «Каустик» - разработана система технологии переработки
токсичных сточных вод вновь разрабатываемых технологий на стадии синтеза,
позволяющая решать вопросы экологически эффективной утилизации отходов
на стадии проектирования новых производств;
- АООТ «Каустик» - на основе метода разработана технология
реконструкции биологических очистных сооружений южного промузла с целью
полного извлечения химических веществ и доведения биологически очищенных сточных вод до ПДК водоемов рыбохозяйственного значения;
- методика измерения ДЛИ прошла испытание в ЦСИ Минэкологии и
рекомендована для включения в Государственный реестр природоохранных
методик РФ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
доложены и обсуждены на: XV Менделеевском съезде «Химические проблемы
экологии» (г.Минск, 1992г.); Международной научно-практической
конференции «Строительство 2000» (г.Ростов-на- Дону), XI Всеросийском совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (г. Киров, 2000 г.)
Публикации. Основные результаты работы изложены в 6 публикациях и в 7 научно- технических отчетах.
На защиту выносятся:
- теоретическое и технологическое обоснование возможности
реализации, динамические и основные технологические параметры
окислительных процессов биоочистки с участием ферментов;
результаты экспериментальных исследований, определяющих безопасный концентрационный уровень сброса токсичных химических веществ;
принципиальную комплексную схему утилизации различных химических веществ, в том числе вновь синтезируемых, методом аэробной биоочистки активным илом;
- результаты установленных ДКЕОс 32 веществ и ориентировочных
безопасных концентрационных уровней соединений токсичных веществ, из них
для сточных вод 7 производств, 10 ранее не установленных и 19 ранее
известных, но не совместимых с остальными потоками сточных вод;
- методика установления биодоступности или токсичности химических
веществ различных классов по изменению активности ферментов-дегидрогеназ
активного ила биоочистки.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка литературы и приложений. Общий объем работы 173 страниц, в том числе 162 страницы основного текста, включая 8 рис., список литературы из 117 наименований, 3 приложений.
