Оценка состояния и защита природной среды на основе рациональной технологии переработки избыточного активного ила узла биологической очистки предприятий ТЭК

Актуальность работы.

В настоящее время ежегодно на предприятиях топливно-энергетического комплекса 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 A.M., Гольцова Н. И., Демин A.M., Кехлинг Р., Мироненко В. А., Моторина JI.B., 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, 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.

Основная идея работы. Для снижения негативного воздействия отходов водоочистных сооружений на природную среду и здоровье человека рекомендуется физико-химическое разложение органоминеральной матрицы с последующим экстрагированием элементов, извлечение которых является экономически целесообразным.

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.

Научная новизна работы: •установлена зависимость трансформации техногенных массивов вследствие гипергенных преобразований избыточных активных илов в зависимости от срока хранения отходов, степени этих преобразований, 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.

1. 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.

2. Снижение экологической опасности избыточных активных илов должно обеспечиваться внедрением рациональной технологии утилизации, основанной на кислотном разложении органической матрицы с последующим извлечением катионов металлов.

3. Снижение негативного воздействия избыточных активных илов на компоненты природной среды должно производиться в соответствии со следующей аппаратной схемой: реакторные блоки — осадительные блокицентрифуга — 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 ЭкологЗ. О;

• 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 Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2008 г., 2009 г., 2010 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.).

Реализация результатов работы.

— научные и практические результаты работы используются 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 17 печатных трудов, в том числе 4 в изданиях, входящих в Перечень ВАК Министерства образования и науки России. Положительное решение о выдаче патента на изобретение № 2 011 123 300 от 23.05.2011 «Способ обработки илового осадка».

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 173 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 21 таблиц и список литературы из 82 наименований.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4:

1. На переработку избыточных илов, находящихся в этих накопителях необходимо затратить максимум 3 года, перерабатывать примерно 24 тыс. тонн/год, учитывая при этом новообразующиеся осадки. Новообразующуюся массу избыточного активного ила предполагается непосредственно после установки обезвоживания осадков направляться на утилизацию предлагаемым способом.

2. Для извлечения ценных компонентов из активного ила предлагается аппаратная схема из: реакционных блоков с вертикальными мешалками, центрифуги, блоков осаждения и экстрактора перекрестного действия.

3. При внедрении предлагаемой технологии предусматривается комплекс мероприятий, исключающих возможность загрязнения поверхностных и подземных вод, прежде всего, путем организации системы оборотного водоснабжения.

4. Суммарный эколого-экономический эффект применения установки достигается за счет снижения экологических платежей за размещение отходов в иловых картах, стоимости предотвращенного ущерба, которая складывается из стоимости рекультивированных, и сбереженных земель и реализации продуктов утилизации активных избыточных илов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация представляет собой законченную научно-классификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи: снижение негативного влияния избыточных активных илов узла биологической очистки на компоненты природной среды на основе рациональной технологи утилизации.

Основные научные и практические выводы:

1. В настоящее время в Российской Федерации отсутствует единообразие в классификации отходов. Это приводит несогласованности в части отнесения отходов производства и потребления к классу опасности. Согласно «Федеральному классификатору» рекомендовано разделять отходы по отраслевому принципу в виде сводной номенклатуры вторичных минеральных ресурсов.

2. Биологическая очистка сточных вод является, одним из наиболее эффективных методов очистки от загрязняющих веществ различной природы. В результате биологической очистки происходит образование избыточных илов, которые являются наименее изученным видом отходов, в связи с отсутствием технических возможностей для их исследования и описания. Изначально данному виду отходов был присвоен 3 класс опасности методом биотестирования, который сейчас признан не состоятельным при работе с отходами содержащими высокомолекулярные соединения с минеральными включениями.

3. Анализ результатов мониторинговых исследований поверхностных вод рек Черной и Волхов в створах по течению выше и ниже местоположения иловых карт показал, что происходит формирование техногенного гидрогеохимического потока. Основными загрязняющими воду компонентами являются: взвешенные вещества, аммонийный азот, ПАВ, фенолы, тяжелые металлы, марганец.

4. В подземных водах, подстилающих хранилища избыточных активных илов, вследствие инфильтрации загрязнений, происходит формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения площадью 5 км по тем же загрязнителям. Контрастность загрязнения в гидрогеохимических ореоле и потоке достигает 15−20 единиц.

5. Ведущая роль в процессах изъятия из сточной жидкости растворенных, коллоидных и крупных органических загрязнений принадлежит бактериям. Бактерии отличаются чрезвычайно лабильным обменом. Они в большей степени чем другие микрои макроорганизмы способны приспосабливаться к неблагоприятным окружающим условиям.

6. Экспериментальные исследования показали, что соляная кислота является оптимальным подкислителем по экономическим и экологическим критериям. Поскольку содержание твердого вещества сравнительно не высоко не требуется применение концентрированной соляной кислоты. Оптимально процесс извлечения металлов происходит в кислой среде (рН=2 — 3) с повышением температуры до 70° для ускорения процесса.

7. Для извлечения ценных компонентов из активного ила предлагается аппаратная схема из: реакционных блоков с вертикальными мешалками, центрифуги, блоков осаждения и экстрактора перекрестного действия.

8. Суммарный эколого-экономический эффект применения установки достигается за счет снижения экологических платежей за размещение отходов в иловых картах, стоимости предотвращенного ущерба, которая складывается из стоимости рекультивированных, и сбереженных земель и реализации продуктов утилизации активных избыточных илов.