Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Снижение антропогенной нагрузки при обращении с осадками механо-химической очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Снижение антропогенной нагрузки при обращении с осадками механо-химической очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса"

На правах рукописи

ЗЛОБИНА Ольга Сергеевна

СНИЖЕНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С ОСАДКАМИ МЕХАНО-ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

03.00,16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь 2007 г

003071328

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Коротаев Владимир Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор

Кетов Александр Анатольевич

кандидат технических наук Трухин Юрий Михайлович

Ведущая организация

Институт технической химии Уральского отделения РАН

Защита состоится 28 мая 2007 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212 188 07 при Пермском государственном техническом университете, по адресу 614000, г Пермь, Комсомольский нр 29, ауд 423, главный корпус

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Пермского государственного технического университета

Автореферат разослан 27 апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

профессор

Рудакова JI В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования

В настоящее время Россия занимает одно из ведущих мест среди других государств по количеству добываемых и перерабатываемых нефти и газа, поэтому предприятия нефтегазового комплекса играют ведущую роль в топливно-энергетическом балансе На каждом из таких предприятий ежегодно образуются десятки тысяч тонн нефтешла-мов грунтовых, резервуарных, отработанных биологически активных илов, осадков сооружений механо-химической очистки (МХО) сточных вод

Проблема снижения антропогенной нагрузки при обращении с осадками МХО очистки сточных вод ранее решалась И Тинсли, И Торн-тона, Н Н Устиновой, А И Фархутдиновым, Н А Киреевой и др Тем не менее, эти исследования не содержат анализа управления потоками загрязненных сточных вод, с применением современных инструментов экологического менеджмента В существующих исследованиях утилизация нефтешламов методами термического и биологического обезвреживания является приоритетной Однако высокие концентрации тяжелых металлов в осадках сооружений МХО сточных вод нефтега-зохимических предприятий не позволяют использовать традиционные методы обезвреживания грунтовых и резервуарных нефтешламов, применяемые в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности В соответствии с этим актуальной научно-практической задачей является идентификация и определение уровня негативного воздействия осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий на объекты окружающей среды и разработка комплексного подхода для решения проблемы снижения антропогенной нагрузки

Цель исследований снижение антропогенной нагрузки на объекты окружающей среды при обращении с осадками МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий Задачи исследования:

1 Изучение закономерности образования нефтесодержащего осадка и разработка функциональной модели формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадками МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий,

2 Анализ воздействия объектов размещения и постоянного хранения нефтешламов на объекты гидросферы,

3 Обоснование выбора способа утилизации осадка МХО сточных вод, с учетом технических, экономических и экологических требовании,

4 Оценка эффективности термического обезвреживания и биореме-диации осадков МХО сточных вод, с точки зрения снижения высо-

ких концентраций нефтепродуктов и тяжелых металлов в подвижной форме,

5. Изучение закономерности миграции тяжелых металлов в осадке при термическом разложении

Объект исследований природно-техническая геосистема, сформированная на предприятиях нефтегазохимического комплекса, на примере типичного представителя отрасли - ЗАО "Сибур - Химпром"

Предмет исследований закономерности образования осадка и процессы обращения с осадками МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром". Методы исследований.

В работе использовались натурные обследования, методы теории систем, математической статистики, методы экспертных оценок, функционального моделирования и оценки эффективности процессов и систем (АКТБ, ШЕБО - методы декомпозиции), методы и инструменты экологического менеджмента АВС-анализ, анализ Парето, диаграмма Ишшикавы, метод парного сравнения, РМЕА-анализ, а также термогравиметрический анализ и метод термического разложения, метод инфракрасной спектрометрии, измерение массовой доли подвижных металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным методом Научная новизна

1 Построена функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий, специализирующихся на производстве низших олефинов и процессах оксосинтеза

2 Исследован характер терморазложения осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром", установлены температуры, при которых наблюдается активная потеря массы, связанная с испарением воды, бензола и других углеводородов, выкипающих до 360°С

3 Установлены закономерности миграции тяжелых металлов на этапах термического обезвреживания осадка Определено, чго в интервале температур от 350 до 700°С наблюдается снижение содержания подвижных форм металлов в осадке в результате образования нерастворимых устойчивых соединений с присутствующей в составе осадка серой

4 Определены оптимальные температуры ведения процесса термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий - 520 и 650°С

Практическая значимость работы

Разработано техническое задание и проведены опытно-промышленные работы по детоксикации нефтесодержащего осадка

методом активации аборигенной микрофлоры Проведены опытные работы по обезвреживанию осадка МХО сточных вод огневым методом

Разработана технологическая схема утилизации осадков МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром"

Разработан проект мониторинга мест размещения осадка МХО и внедрена «Программа мониторинга грунтовых вод в районе шламона-копителей №1 и №2 ЗАО "Сибур - Химпром"»

Разработаны комплексные организационно технические мероприятия, позволяющие снизить токсичность и объем осадка МХО сточных вод Мероприятия реализованы в рамках «Целевой программы ЗАО "Сибур - Химпром" по регулированию качества окружающей среды на 2007 год»

Основные положения выносимые на защиту.

1 Функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО нефтегазохими-ческих предприятий

2 Алгоритм управления количеством и качественным составом осадка МХО сточных вод, как комплексный подход в решении проблемы снижения антропогенной нагрузки при обращении с осадками сточных вод, и его реализация

3 Эффективность биоремедиации и термического обезвреживания осадков сооружений МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром"

4 Закономерность снижения содержания подвижных форм металлов в осадках МХО сточных вод в интервале температур от 350 до 700°С

5 Оптимальный температурный режим ведения процесса термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий - 520 и 650°С

Апробация работы. Основные теоретические положения, обобщения и выводы, содержащиеся в работе, обсуждены на X Всероссийской научно-практической конференции «Экология проблемы и пути решения», г Перт, 2002 г, а также на международных конференциях «Пути снижения экологической нагрузки и оптимального использования природных ресурсов», г. Амстердам, 2003 г и «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», г Томск, 2004 г

Публикация результатов Основные положения диссертации изложены в 6 публикациях

Структура и объем диссертации Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 130 наименований Текст изложен на 160 страницах, иллюстрирован 35 рисунками и включает 32 таблицы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы основная цель и задачи работы, научная новизна и практическая значимость

В первой главе проведен анализ актуальной экологической проблемы управления качеством и количеством нефтешламов - твердых и жидких нефтесодержащих отходов, образующихся на предприятиях нефтегазохимического комплекса В упрощенном виде нефтеш-ламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегатив-ные физико-химические системы, состоящие главным образом, из нефтепродуктов (тяжелых углеводородов входящих в состав сырья, углеводородов синтезируемой продукции, их производных, а также смол, парафинов), воды и минеральных добавок (песок, глина, оксиды металлов и т д )

Скрининговые исследования технологий подготовки, обезвреживания и утилизации различных групп нефтешламов, описанные в источниках отечественной и зарубежной литературы, позволили определить методы термической десорбции и биологической ремедиации, как наиболее приемлемые для обезвреживания осадков МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий В результате аналитических исследований установлено, что основной проблемой утилизации осадков сточных вод с высоким содержанием тяжелых металлов является снижение их подвижности, так как на валовое их количество влиять практически невозможно В связи с этим исследования технологий термического обезвреживания и биоремедиации осадков сооружений МХО сточных вод, с точки зрения уменьшения в них содержания тяжелых металлов в подвижной форме, являются крайне актуальными

Во второй главе проанализирован количественный и качественный состав старого осадка, хранящегося в законсервированном шламонакопителе в течение 20 лет, и вновь образующегося осадка МХО сточных вод, размещаемого в действующем шламонакопителе Проведена оценка воздействия осадков на окружающую природную среду Состав осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром" позволяет причислить его к нефтешламам (табл 1) Вместе с тем минеральная часть осадка, в силу специфики предприятия, представлена широким спектром тяжелых металлов Со, Си, Сг), в количестве, превышающем ПДК для почв, тогда как содержание нефтепродуктов в нем невелико Это обуславливает необходимость разработки определенного подхода при решении вопросов утилизации Состав старого и свежего осадков различен в связи с разными сроками его хранения, модернизацией и интенсификацией производства

Таблица 1

Характеристика осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур -_Химпром"_

Параметры СД И1М Старый оса- „ Свежии осадок док ПДКв почве

нефтепродукты мг/ кг 87837,00 | 143800,00 -

влажность 3 - 5% валовая форма

медь мг/ кг 4294,45 4736,37 33,00

кобальт мг/кг 497,16 669,66 50,00

хром мг/ кг 361 07 463,35 100,00

иинк мг/ кг 680,63 936,39 55,00

ртуть мг/ кг 0,078 0,077 2,1

свинец мг/ кг 28,56 22,91 32,0

класс опасности отхода IV III

С целью исследования воздействий осадков на окружающую среду нами поставлена задача осуществления регулярных наблюдений и разработана процедура мониторинга мест размещения осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром" В соответствии с проектом мониторинга, нами были проведены исследования по определению влияния шламонакопителей (прямоугольные железобетонные заглубленные резервуары, объемом 8000 м3) на грунтовые воды в районе мест размещения осадков На основании аналитических исследований нами обоснован выбор маркерного вещества В шламонакопители по периметру был залит раствор флуоресцеина 6 раз с промежутком в 1 месяц били произведены отборы проб грунтовых вод из фоновой и наблюдательных скважин В грунтовых водах флуоресцеин обнаружен не был На основании исследований, можно сделать вывод о герметичности шламонакопителеи и отсутствии негативного влияния мест размещения осадка на грунтовые воды, что позволяет планомерно изучить технологии и разработать схему поэтапного обезвреживания свежего и старого осадков МХО сточных вод

Рассчитан экологический ущерб окружающей среде в результате выбросов загрязняющих веществ от шламонакопителей в атмосферу и экологический ущерб от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок Общая величина экологического ущерба окружающей среде составляет 308431430,7рубЛод

Проведенный анализ позволил сделать выводы о возможности снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду, путем ликвидации законсервированного шламонакопителя и разгрузки действующего

В третьей главе

разработан алгоритм управления количеством и качественным составом осадка (рис 1), позволяющий эффективно снизить антропогенную нагрузку при обращении с осадками МХО сточных вод В соответствии с первым блоком алгоритма, разработана функциональная модель управления осадком сооружений МХО сточных вод нефтегазо-химических предприятий, специализирующихся на производстве низших олефинов и на процессах оксосинтеза (рис 2)

Согласно второму блоку алгоритма управления осадками МХО сточных вод, проанализированы источники сбросов загрязненных сточных вод и выявлены наиболее проблемные В табл 2 представлено краткое описание выходящих интерфейсных дуг (потоков сточных вод) функциональных блоков

Таблица 2

Рис 1 Алгоритм управления осадками сооружений очистки сточных вод

Функциональный блок (производство) Объем сброса Параметры потоков сточных вод Концентрация, мг/л

333 этичен-пропилен 583540 ч3/год Нефтепродукты 80

Взвешенные вещества 125

331 этилбензоч 425473 ч3/год Нефтепродукты 10

Взвешенные вещества 400

332 стирол 683098 м3/год Взвешенные вещества 68

Алюминий 0,18

Нефтепродукты 100

335 бутиловые спирты и масляные альдегиды 149776 м3/год Кобальт 2,3

Нефтепродукты 10

Взвешенные вещества 35

3 3 6 2-этилгексаноча и 2-этипгексановой кислоты 263678 м3/год Нефтепродукты 10,5

Взвешенные вещества 50

3 3 10 Ливневые сточные воды 524000 м3/год Нефтепродукты 2,9

Взвешенные вещества 37,8-54,6

bytaM

Производство зтипена -пропилена

ПАФ "ПИФ*-1

Производство

бензола 33.1

^тилбоицш

--------». Проиэ-

А1(ОН)С1г

ВОДСТВО

стироля

3 3.2

1рИрцдный

ад Лр<ЖЭ-

водтпо СО и 1

к-

3.3,4

f---- _J

J ¡ 1 t V

! i i i i_ Произ-

00*4, водство

масляных

альдегидов

3.3.5

1-масп, 1|(|ЬД«1»ф

t Р^ПСЛ I

¡ атлвгид Проиэ-

i______V, водство 2-

этилгекса-нола 3.3.6

Водо-подготовка

i4yraiion п бутаноп

ПроизВОДСТВО бутиловых Ï Спиртов

I L.3M—

V

X

й Кислотн

^ ПроИЭ- L -

___нодство 2-

j этилгексэно-! ной кислоты [ I 3.1С

3.3.9

Производство ларя для котельных 3.3.9

Блок оборотного

водоснабжения

337

ТСБ «Сибур - Химпром»

Ллвмиш«

С1ГНММС I

Сооружения МХО сточных йод

jo садок

• Товарные продукты

—Полупродукты------ Сырьа

Сгочнык воды

Рис. 2* Функциональная модель формирования антропогенной нагрузки нри образовании осадка на соируженнях МХО сточных иод ЗАО "Сибур - Химпром".

С точки зрения токсичности и объемов образующегося осадка наиболее значимыми характеристиками (критериями) является содержание в сточных водах нефтепродуктов, взвешенных веществ и тяжелых металлов В соответствии с определенными критериями, наиболее проблемными являются производство бутиловых спиртов и масляных альдегидов, в сточных водах которого содержится кобальт, а также производство этилбензола, поставляющее избыточное количество взвешенных веществ Высоким содержанием нефтепродуктов характеризуются сточные воды производств стирола, этилбензола, этилена-пропилена, бутиловых спиртов и масляных альдегидов, а также производство 2-этилгексановой кислоты На основании анализа Парето определено, что основным поставщиком нефтепродуктов в общезаводские сточные воды является производство стирола

Согласно третьему пункту алгоритма, проведена декомпозиция производств стирола и этилбензола и на основании анализа Парето (четвертый блок алгоритма) определены важные экологические аспекты На производстве этилбензола важным экологическим аспектом является процесс нейтрализации реакционной массы Образующийся в результате раствор гидрооксохлорида алюминия (ГХА), является коагулянтом и влияет на процессы образования осадка С помощью диаграммы Ишшикава определены причины, приводящие к возникновению проблемы - избыточному поступлению коагулянта в сточные воды В соответствии с алгоритмом, в результате парного сравнения и РМЕА-анализа (табл 3), очевидно, что наибольшей степенью тяжести по отношению к возникновению проблемы обладают две причины отсутствие емкости для сбора отработанного раствора и использование жидкофазного катализатора на основе А1С1з

Таблица 3

ПУША-анализ

Компонент Потенциальный дефект Потенциальные причины Потенциальные последствия Возможность контроля Л в Е крг

машина Сброс отработанного раствора в систему канализиро-вания Отсутствие емкости для сбора коагулянта Увеличение объемов выделяемого донного осадка на сооружениях МХО Лабораторный анализ качества сточных вод(плановый) 10 10 2 200

материал Большой вынос катализатора при промывке Катализатор в жидкой фазе 10 10 4 400

Параметр для выявленных причин достаточно высок, следовательно, нужно разрабатывать корректировочные мероприятия по

уменьшению объемов образования осадка МХО сточных вод. Одним из таких мероприятий является монтаж узла сбора раствора коагулянта. Внедрение данного мероприятия позволит сократить расходы предприятия на обезвреживание осадка И плату за сверхнормативный сброс хлоридов на городские очистные сооружения на 6,9 млн. руб. в год. Сокращение поступления коагулянта в сточные воды предприятия позволит уменьшить образование осадка на 1914 т/год.

Вторым важным экологическим аспектом является процесс отмывки реакционного газа дегидрирования этилбензола на производстве стирола, приводящий к избыточному поступлению нефтепродуктов в сточные воды. Мероприятием по уменьшению содержания нефтепродуктов в осадке МХО сточных вод может быть строительство сооружений локальной очистки (ЛОС) химзагрязненного конденсата. Отсутствие затрат на обезвреживание осадка и платы за сверхнормативные сбросы нефтепродуктов на городские очистные сооружения, позволяют говорить о положительном экономическом эффекте при внедрении мероприятия. ЛОС позволят уменьшить поступление нефтепродуктов в сточные воды на 20,5 т/год. С учетом эффективности работы очистных сооружений мероприятие сократит поступление нефтепродуктов в осадок на ¡5 т/год, что составляет 13% от общего количества нефтепродуктов в осадке. В результате проведения двух мероприятий количество выделяемого осадка снизится на 71 % .

Для реализации комплексного подхода при решении вопроса снижения антропогенной нагрузки в результате обращения с осадком МХО сточных вод необходимо выбрать способ утилизации, соответствующий современным техническим, экономическим и экологическим требованиям и исследовать выбранные технологии с точки зрения эффективного снижения тяжелых металлов в обезвреживаемом осадке.

В четвертой главе проведена комплексная оценка современных методов обезвреживания и утилизации нефтес о держащих отходов с учетом технических, экономических и экологических требований.

По результатам оценки технологий обезвреживания методом ЛВС (рис.З.), можно сделать следующие выводы: хорошую оценку получил метод литнфйка-ции (15), однако данная технология не

1 2 3 4 3 6 7 8 9 10 и 12 13 ]4 15 16 17 18 19 Рис.З. Оценка технологий обезвреживания методом А В С

применялась для обезвреживания осадков сооружений очистки сточных вод нефтегазохимических предприятий, технологии основанные на электрохимических (16), электрокинетических (17) и электромагнетических методах (18) заслуживают внимания, тем не менее, указанные технологии находятся на стадии теоретических разработок Технологиями, наиболее соответствующими определенным критериям являются методы биоремедиации (19) и термической десорбции (12) Механические методы (1-6) очистки должны рассматриваться как методы подготовки отходов к дальнейшей переработке

Проведенная сравнительная технико-экономическая оценка технологии биоремедиации и метода термической десорбции показала, что стоимость основных фондов установки термического обезвреживания в 20 раз выше капитальных вложений на осуществление биоремедиации на открытом полигоне Это связано с высокой стоимостью термодесорбера и сложностью системы очистки отходящих газов Однако эксплуатационные расходы на биоремедиацию осадка могут значительно возрасти, в связи с увеличением количества вносимых биологических и минеральных компонентов, в том случае, если в обезвреживаемом осадке содержится максимальное количество тяжелых металлов и нефтепродуктов

В зависимости от времени хранения осадка, от его состава и потребностей в использовании конечного продукта обезвреживания необходимо использовать оба метода утилизации В связи с этим необходимо исследовать эффективность технологии термического и биологического обезвреживания осадков, с точки зрения уменьшения высоких концентраций нефтепродуктов и тяжелых металлов в подвижной форме и определить схему обезвреживания осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром"

В пятой главе изучены процессы разложения углеводородов и миграции тяжелых металлов на этапах биологического и термического обезвреживания осадка МХО сточных вод Исследован характер терморазложения осадка определены температуры активной потери массы, связанной с испарением воды и углеводородов и установлена зависимость изменения содержания тяжелых металлов в подвижной форме и нефтепродуктов от температуры

В главе изложена суть технологии биологической детоксикации нефтезагрязненного осадка, в основе которой лежит метод биокомпостирования, проводимый на открытой технологической площадке Основа метода заключается в деградации углеводородов нефти, абори-

генной микрофлорой, имеющейся в осадке и во вносимых компонентах Вносимые разрыхлители, структураторы, белковые добавки, органические и минеральные удобрения позволяют обеспечить оптимальные водно-воздушные условия для размножения и эффективной деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов Детоксикаци-онные мероприятия заключаются во внесении комплексообразовате-лей и направлены на снижение подвижных форм тяжелых металлов, так как соединения с ними более токсичны

Нами проведен сбор, подготовка и анализ данных, полученных при биологической детоксика-ции осадка МХО ЗАО "Сибур - Химпром" На рис 4 изображено изменение содержания в осадке МХО металлов в подвижной форме (определено атомно-абсорбционным методом) На фоне общего снижения содержания тяжелых металлов в процессе циклической заморозки и оттаивания осадка происходит снижение содержания подвижных форм металлов, очевидно за счет вымывания Вследствие разбавления осадка опилом, торфом и тепличной землей в объеме 1 1,5, на агротехническом этапе происходит уменьшение подвижных форм Си, так как гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы с медью Вместе с тем, в процессе рыхления, структурирования, увлажнения осадка, происходит переход незначительной части Zn, Со, Сг в подвижную форму При внесении торфонавозных смесей на биотехнологическом этапе, происходит высвобождение подвижных форм меди, содержание которых увеличивается в 3 раза Изменения содержания подвижных форм Со и Сг незначительны По результатам проведенных нами аналитических исследований, в настоящее время не выяснена эффективность применения высоких доз торфонавозных компостов для биоремедиации нефтезагрязненных грунтов По данным М М Овчаренко на гумусированных почвах могут образовываться подвижные формы тяжелых металлов, связанные с органическим веществом, способные мигрировать с инфильтрационными водами На гумусированных почвах в результате активно текущих биологических

800 700 600 500 400 300 200 100 0

Г 737,0

\669 15 /*

\ /

359,16 /

V - 258 54 248,6/

173.42 "203.6 204 63

___ — 88 07 95 55

17 82 14 84 в15 62 19,15

| — - кобальт —■ ■ — медь - - • - хром •

Рис 4 Изменение содержания подвижных форм тяжелых металлов в в осадке

процессов образуется большое количество минеральных солей азота, которые при определенных условиях также могут усиливать миграцию тяжелых металлов Связывание металлов вносимыми комплексообра-зователями (сульфидом натрия - 0,8 кг/м2, сульфатом железа - 0,8 кг/м2, лигносульфонатом техническим порошкообразным - 1 кг/м2, лигносульфонатом техническим жидким - 2 кг/м2) не происходит Полученные результаты могут быть объяснены тем, что на полигоне не были в полном объеме воссозданы необходимые для процесса обезвреживания условия, а это благополучный температурный режим и достаточный контакт компонентов осадка с вносимыми детоксиканта-ми

Исследования термического обезвреживания в интервале температур от 30 до 700°С направлены на исключение недостатков общепринятого подхода образование высших летучих оксидов металлов и других канцерогенных соединений, поступающих с газовыми выбросами в атмосферу, и образование токсичной золы с высоким содержанием в тяжелых металлов в подвижной форме, требующей дополнительных мер по утилизации

С целью определения интервалов температур с максимальной скоростью потери массы и установления оптимальных параметров процесса термического обезвреживания нами проведены дериватографические

исследования На рис 5 представлен характер терморазложения старого осадка в воздушной среде Скорость нагрева — 10 град/мин Как видно из дериватограммы, основная потеря массы происходит до 120°С с характерными пиками на дифференциальной кривой, характеризующей скорость 1 потери массы от температуры 1 (БТО) при 30°С и 60°С Это объясняется испарением азио-тропных смесей эфиров, в частности метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) При этом согласно интегральной кривой потери массы ('ГС), происходит потеря чуть более 40% массы осадка Экзотермический эффект наблюдается при Т=90°С и может быть связан с удалением из осадка летучих веществ После 120°С наблюдается постепенное уменьшение массы образца, связанное с удалением углеводородных

Рис. 5 Термограмма старого осадка спосужений МХО сточныг по/1

компонентов Следующий характерный пик потери массы при 310 С, соответствует удалению тяжелых углеводородов из старого осадка При этом на дифференциальной кривой (БТЛ) фиксируется большой иик, связанный с выделением тепла Постепенное уменьшение массы образца в температурном диапазоне от 120 до 360°С объясняется испарением углеводородов с температурой кипения, соответствующей выкипанию дизельных топлив Отсутствие изменения массы образца после температуры 360°С говорит об отсутствии в составе осадка тяжелых фракций углеводородов, что подтверждается исследованиями группового химического состава осадка механо-химической очистки сточных вод Общая потеря веса образца при 360°С составляет 56%

__________На рис 6 представлен характер

\

I

г^

( 1 '

' 1*1!

к \; I

1\\Ч/

\ г, 1

ч /

\У

1

терморазложения вновь образующегося осадка в воздушной среде Скорость нагрева 10 град/мин Судя по дери-ватограмме можно сделать вывод, что основная потеря массы происходит до 115°С Характерные пики на кривой БТО при 30°С, соответствую-

ч--г.--1.-:-сг——ст— IV "~^щий испарению азиотрогшой

Рис 6. Термограмма свежего осадка соору- СМеСИ эфирОВ, И 80 С, С00твет-жений МХО сточных вод ствующий испарению бензола

При этом, согласно кривой ТО происходит основная потеря 90% массы осадка Это говорит о том, что свежий осадок не содержит тяжелых фракций Для дифференциальной кривой (ОТА) характерен пик при 80°С, связанный с поглощением тепла В дальнейшем, с увеличением температуры происходит незначительное уменьшение массы образца с выделением тепла При 700°С твердый остаток составляет 3% от первоначальной массы

Таблица 4

Образец Интервал Т, °С Масса остатка, % Пик на БТв, °С Пики на ОТА,"С Тепловой эффект Удаляемые вещества

Старый осадок 20-80 62 30, 60 60 эндоэфект азиотропные смеси эфиров (МТБЭ)

80-120 56 - 90 экзоэфект -

120-360 44 310 300 экзоэфект паранитроанилин

640 - 740 34 700 710 эндоэффект со2

Свежий осадок 20-115 10 30,80 80 эндоэфект бензол

115-640 7 - 330 экзоэфект -

640 - 700 3 - 660 эндоэфект со2

Полученные данные дают возможность определить количество минимального остатка, который образуется при обезвреживании Масса таких твердых остатков, образующихся после процесса термического разложения при Т=700°С составит 3% для вновь образующегося осадка и 34% для старого осадка от массы исходного

Удаление содержащихся в осадке МХО сточных вод органических примесей завершается к 360°С Следовательно, потеря веса образца осадка, в диапазоне от 640 до 740°С, вероятно связана с изменениями твердой основы осадка Этот эффект может быть связан с разложением присутствующего в образце карбоната кальция по схеме-СаС03 СаО + С02 Образующийся при этом СаО может поглощать из воздуха СОг и пары воды В пользу такой схемы разложения свидетельствуют обнаруженные при выполнении химического анализа потери при повторном прокаливании хранившейся на воздухе золы обезвреженного осадка, которые составили 4,3% по массе

В соответствии с полученными результатами, предварительно определены температуры проведения процесса термического разложения осадка МХО, в муфельной печи

На рис 7 представлены результаты термического разложения старого осадка МХО, так как динамика изменения концентраций металлов в подвижной форме при нагревании свежего и старого осадков аналогична Судя по дериватограммам осадков (рис 5,6) к 360°С углеводороды содержащиеся в осадке удалены Это подтверждает анализ качественного состава осадка Увеличение концентрации тяжелых металлов в подвижной форме при нагревании до 350°С объясняется окислением органической части осадка и разложением комплексных соединений, в состав которых входят металлы Однако, вопреки предполагаемым результатам, в температурном диапазоне от 350°С и до 700°С наблюдается снижение содержания подвижных форм меди, кобальта и цинка в осадке В соот-

3500 3000 и 2500 t;2000 J ¡son U 1000 500 0

/ f

—■ 1 X Ч г

1 1 --

и 1 . л - . в

400 350 300 250 N 200 U ^

150 ¿J ®

100 50 0

18 30 100 350 500 600 700 температура нагрева осадка, град Цельсия

- - В •> хром

- кобальт

Рис. 7 Миграция тяжелых металлов при нагревании осадка

ветствии с проведенными аналитическими исследованиями, такое поведение металлов может быть объяснено образованием нерастворимых устойчивых соединений с серой при Т>600°С, Со8 при Т 300-500°С, медь при Т>450°С

На основании полученных данных, определено, что удаление углеводородов нефти из осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Хим-пром" происходит до 360°С Для обеспечения гарантированного удаления тяжелых углеводородов из нефтешламов, температура в зоне термической деструкции осадка должна достигать 500-520°С Эффективное снижение концентрации подвижных форм тяжелых металлов, оптимально при температуре 650°С При осуществлении процесса в низкотемпературном диапазоне возможно снижение энергозатрат на обезвреживание, в сравнении с высокотемпературным Полученный состав свежего осадка после процесса термического разложения позволяет использовать его в качестве пересыпки слоев на свалках твердых бытовых отходов Состав старого осадка характеризуется высоким содержанием подвижных соединений меди, превышающем уровень ПДК принятой для почв в 500 раз В случае, предполагаемого размещения обезвреженных осадков на полигоне промышленных отходов и необходимости минимизировать объем отхода, можно рекомендовать использование термического обезвреживания старого осадка при температуре 520°С В том случае, если предполагается использование обезвреженного старого осадка и необходимо снизить токсичность полученной золы, целесообразно направлять на термическое обезвреживание смесь (1 1) старого и свежего осадка С целью получения не-нылящего материала, удобного для перевозки и использования как планировочного материала на территории промышленной площадки предложено проведение процесса брикетирования обезвреженного осадка В качестве связующей добавки, нами рекомендуется использовать жидкое стекло в размере 80 кг на 1 тонну полученной золы Такое соотношение компонентов позволяет изготовить брикеты не подверженные влиянию атмосферных осадков, что препятствует миграции тонко дисперсных частиц и водорастворимых соединений металлов с поверхностными водами

В соответствии с результатами практических исследований, проведен сравнительный анализ эффективности изученных способов обезвреживания осадка МХО сточных вод (табл 5) Содержание подвижных форм тяжелых металлов, при обезвреживании осадка различными методами находится на одном уровне При прочих равных условиях, нужно учитывать, что при биоремедиации объем обезвреженного

грунта увеличился в 1,8 раз, а при термическом обезвреживании масса обезвреженного продукта в два раза меньше первоначальной

Таблица 5

Характеристика осадка после проведения процесса обезвре-

живания различными методами

ПДК в Биологическая Превышение Термическое Превышение

почве детоксикация ПДК разложение ПДК

Параметры мг/кг мг/кг раз мг/кг раз

Нефтепродукты отс 3% - не обн 0

Кобальт (подв) 5,0 118,93 24 174,45 35

Медь (подв) 3,0 737,08 246 886,3 295

Хром (подв ) 6,0 19,15 3 103,55 17

Цинк (подв) 23,0 204,63 9 81,3 4

При существующей возможности размещения больших объемов обезвреженного осадка на полигонах ТБО возможно использование технологии биологической детоксикации осадка В том случае, если планируется применение конечного продукта, в качестве экологически безопасного планировочного материала, необходимо проводить термическое обезвреживание старого и свежего осадков (в соотношении 11) при температуре 650°С, включая процесс брикетирования полученной золы

Выводы.

1 Построена функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий, специализирующихся на производстве низших олефинов и на процессах оксосин-теза Изучены закономерности образования осадка и определены важные экологические аспекты рассматриваемых процессов Предложены корректировочные организационно-технические мероприятия, позволяющие уменьшить образование осадка на сооружениях МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром" на 1914 т/год, что составляет 70% от общего количества ежегодно образующегося осадка

2 Предложен алгоритм управления количеством и качественным составом осадка МХО сточных вод, основанный на современных методах моделирования и оценки эффективности бизнес процессов и систем Такой подход обеспечивает эффективную работу системы экологического менеджмента предприятий нефтегазохимического комплекса

3 Подтверждено, что биологическая детоксикация осадка МХО неф1егазохимических предприятий методом активации аборигенной микрофлоры, проводимая на открытом полигоне высоко эффективна для обезвреживания осадков с высоким содержанием нефтепродуктов

- общее снижение составляет 83% Установлено, что для снижения содержания тяжелых металлов, данный метод обезвреживания малоэффективен На фоне незначительного общего снижения содержания тяжелых металлов, % (Сг на 17, Со на 31, Zn на 36, Си на 45) наблюдается увеличение количества подвижных форм Си на 9% и Сг на 7% от первоначального IV класс опасности полученного грунта для окружающей среды, позволяет применять его в качестве пересыпки слоев на полигонах размещения ТБО

4 Исследован характер терморазложения и установлены температуры, при которых наблюдается активная потеря массы, связанная с испарением воды, бензола и других углеводородов, выкипающих до 360°С Определено, что для обеспечения гарантированного удаления углеводородов из осадка, температура нагрева должна достигать 500-520°С

5 Установлена зависимость миграции тяжелых металлов на этапах термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтега-зохимических предприятий Определено, что при повышении температуры нагрева осадка до 350°С, наблюдается повышение концентрации подвижных форм тяжелых металлов, что связано с окислением органической части осадка и разложением комплексных соединений, в состав которых входят металлы В интервале температур 350-700°С наблюдается снижение содержания подвижных соединений металлов в осадке, вызванное образованием нерастворимых устойчивых соединений с серой, присутствующей в различных соединения в составе осадка

6 Рекомендовано, в случае предполагаемого размещения обезвреженных осадков на полигоне промышленных отходов и необходимости минимизировать объем отхода, использовать термическое обезвреживание старого осадка при температуре 520°С При существующей возможности размещения больших объемов обезвреженного осадка на полигонах ТБО возможно использовать технологию биологической детоксикации старого и свежего осадков в соотношении 1 1 В том случае, если планируется применение конечного продукта, в качестве экологически безопасного планировочного материала, необходимо проводить термическое обезвреживание смеси старого и свежего осадков (в соотношении 1 1) при температуре 650°С, включая процесс брикетирования полученной золы

Основные положения диссертации опубликованы в работах.

1. Пупкова (Злобина) О С Обоснование метода утилизации нефтесо-держащих осадков сооружений очистки сточных вод нефтехимических предприятий /ОС Пупкова, С Д Плюснин, Я И Вайсман, Л В Рудакова // Экологический менеджмент Пути снижения эко-

логической нагрузки и оптимального использования природных ресурсов Материалы междунар конф / Свободный университет - Амстердам, 2003 -С 133-138

2 Пупкова (Злобина) О С Выбор метода обезвреживания нефтесо-держащих осадков сооружений очистки сточных вод /ОС Пупкова, С Д Плюснин, Я И Вайсман, Л В Рудакова // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии Материалы междунар конф , Томск, 2004 - С 182

3 Пупкова (Злобина) О С Снижение экологической нагрузки при обращении с нефтесодержащим осадком сооружений очистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса /ОС Пупкова, С Д Плюснин // Сб материалов по итогам работы Всероссийского семинара зав кафедрами экологии и охр окр среды / отдел электр изд систем ОЦНИТ, Пермь, 2006 - С 144-150

4 Пупкова (Злобина) О С Комплексная оценка методов обезвреживания и утилизации осадков сточных вод предприятий нефтехимического комплекса и использованием инструментов экологического менеджмента /ОС Пупкова // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений Механизация строительства Охрана окружающей среды Сб рефератов и научи статей студентов-дипломников и аспирантов автодорожного факультета / ПГТУ - Пермь, 2006 - 131-138

5 Пупкова (Злобина) О С Технологии обезвреживания и концепция управления осадком сооружений очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса /ОС Пупкова // Нефть и газ, Известия вузов, Тюмень, 2007, №2 - С 99-104

6 Пупкова (Злобина) О С Особенности термического разложения осадка сооружений механо-химической очистки сточных вод неф-тегазохимических предприятий / О.С Пупкова // Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса Охрана окружающей среды Сб науч тр / ПГТУ - Пермь, 2007 - С 296-307

Подписано в печать 25 04 07 Формат 60X90/16 Набор компьютерный Тираж 100 экз Объем 1,0 учизд пл Заказ № 588/2007

Издательство

Пермского государственного технического университета 614600, г Пермь, Комсомольский пр , 29, к 113 тел (342)219-80-33

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Злобина, Ольга Сергеевна

Введение

Глава 1 Анализ проблемы управления количеством и качественным составом жидких нефтесодержащих осадков, образующихся на сооружениях механо-химической очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса (обзор литературы).

1.1. Методы и технологии физико-механической обработки осадков и технологии термического обезвреживания и технологии химического обезвреживания

Методы осадков

1.3 Методы осадков

1.4 Методы и технологии обезвреживания осадков, основанные на электрохимических методах

1.5 Биологические методы обезвреживания осадков

Глава

2.1 2.2 2.

Воздействие осадков сооружений механо-химической очистки сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром" на объекты окружающей среды

Характеристика осадков

Мониторинг мест накопления и хранения осадков

Экологический ущерб объектам окружающей среды в результате хранения осадков

Глава 3 Алгоритм снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадками сооружений очистки сточных вод

3.1 Концепция управления осадками сооружений очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса

3.2 Закономерности формирования осадков сооружений механо-химической очистки ЗАО «Сибур - Химпром»

3.3 Построение модели формирования антропогенной нагрузки при обращении с осадками

3.4 Разработка комплекса организационно технических мероприятий по управлению количеством и качественным составом осадков

Глава 4 Обоснование выбора метода обезвреживания и утилизации осадков сооружений очистки сточных вод

4.1 Комплексная оценка технологий обезвреживания и утилизации осадков с помощью инструментов экологического менеджмента 4.2 Экономическое обоснование вариантов схем переработки осадков сооружений очистки сточных вод

Глава 5 Биологическое и термическое обезвреживание осадков сооружений механо-химической очистки сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром". Разработка технологической схемы утилизации осадков.

5.1 Биологическая детоксикация осадков методом активации аборигенной микрофлоры.

5.2 Термический анализ осадков. Определение оптимальных условий проведения процесса термического обезвреживания.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Снижение антропогенной нагрузки при обращении с осадками механо-химической очистки сточных вод предприятий нефтегазохимического комплекса"

Экологические проблемы, имеющие в настоящее время глобальный характер, находят место и в нефтегазохимической отрасли. В связи постоянным совершенствованием и интенсификацией технологий переработки нефти и газа, такие параметры, как температура, давление, достигают критических величин. Растут мощности аппаратов, количество используемых в процессах опасных веществ. Всё это позволяет говорить о том, что предприятия нефтегазохимического комплекса по уровню отрицательного воздействия на окружающую среду занимают одно из первых мест среди ведущих отраслей народного хозяйства.

Наряду с интенсификацией технологий производства, нельзя забывать о том, что совершенствуются и технологии в области защиты окружающей среды. Различного рода предприятия становятся всё более заинтересованными в том, чтобы добиться высокой экологической эффективности, контролируя воздействие деятельности, продукции или услуг на окружающую среду. В связи с этим вопросы эффективного управления качеством окружающей среды и снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с отходами занимают далеко не последнее место в формировании стратегической политики развития предприятий нефтегазохимического комплекса.

На каждом из таких предприятий ежегодно образуются десятки тысяч тонн нефтешламов - жидких и твердых нефтесодержащих отходов: грунтовых, резервуарных, отработанных биологически активных илов, осадков сооружений механо-химической очистки (МХО) сточных вод.

В виду различного происхождения, нефтешламы чрезвычайно разнообразны по составу и представляют собой многокомпонентные устойчивые физико-химические системы. В наиболее упрощенном виде состав нефтешламов можно представить как соотношение нефтепродуктов 10-56% (тяжелых углеводородов, входящих в состав сырья, углеводородов синтезируемой продукции, их производных, а также смол, парафинов), воды

30-85% и минеральных компонентов 1,3-46% (песок, глина, оксиды металлов и т.д.). Химический состав компонентов нефтешламов, весьма различен и может включать в себя широкий спектр элементов периодической системы Менделеева, так как зависит от условий образования отхода, состава и глубины перерабатываемого сырья, схем переработки, оборудования, типа очистных сооружений и так далее. Как следствие столь значительного изменения состава нефтешламов, диапазон изменения их физико-механических характеристик очень широк.

Подход к обезвреживанию различных по происхождению групп нефтешламов основывается на физико-механических, химических, термических, биологических и электромагнитных методах. Выбор технологии обезвреживания обусловлен физико-механическими свойствами и химическим составом отхода, определяющим аппаратурное оформление процесса обезвреживания. В настоящее время большая часть нефтешламов, как правило, нейтрализуется и размещается в шламонакопителях, создавая при этом антропогенную нагрузку на окружающую среду.

Проблема снижения антропогенной нагрузки при обращении с осадками МХО очистки сточных вод ранее решалась И. Тинсли, И. Торнтоном, Н.Н. Устиновой, В.В. Хадеевой, Л.Ф. Суржко, А.И. Фархутдиновым, Н.А. Киреевой и др. Тем не менее, эти исследования не содержат анализа управления потоками загрязненных сточных вод, с применением современных инструментов экологического менеджмента. В существующих исследованиях утилизация нефтешламов методами термического и биологического обезвреживания является приоритетной. Однако высокие концентрации тяжелых металлов в осадках сооружений МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий не позволяют использовать традиционные методы обезвреживания грунтовых и резервуарных нефтешламов, применяемые в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. В соответствии с этим актуальной научно-практической задачей является идентификация воздействий, определение уровня негативного воздействия осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий на объекты окружающей среды и разработка комплексного подхода для решения проблемы снижения антропогенной нагрузки.

Цель исследований снижение антропогенной нагрузки на объекты окружающей среды при обращении с осадками МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий.

Задачи исследования:

1. Изучение закономерности образования нефтесодержащего осадка и разработка функциональной модели формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадками МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий;

2. Анализ воздействия объектов размещения и постоянного хранения нефтешламов на объекты гидросферы;

3. Обоснование выбора способа утилизации осадка МХО сточных вод, с учетом технических, экономических и экологических требований;

4. Оценка эффективности термического обезвреживания и биоремедиации осадков МХО сточных вод, с точки зрения снижения высоких концентраций нефтепродуктов и тяжелых металлов в подвижной форме;

5. Изучение закономерности миграции тяжелых металлов в осадке при термическом разложении.

Объект исследований природно-техническая геосистема, сформированная на предприятиях нефтегазохимического комплекса, на примере типичного представителя отрасли - ЗАО "Сибур - Химпром".

Предмет исследований закономерности образования осадка и процессы обращения с осадками МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром".

Методы исследований.

В работе использовались натурные обследования, методы теории систем, математической статистики, методы экспертных оценок, функционального моделирования и оценки эффективности процессов и систем (ARIS, IDEF0 -методы декомпозиции), методы и инструменты экологического менеджмента: ABC-анализ, анализ Парето, диаграмма Ишшикавы, метод парного сравнения, FMEA-анализ; а также термогравиметрический анализ и метод термического разложения; метод инфракрасной спектрометрии, измерение массовой доли подвижных металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным методом.

Научная новизна.

1. Построена функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий, специализирующихся на производстве низших олефинов и процессах оксосинтеза.

2. Исследован характер терморазложения осадка МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром", установлены температуры, при которых наблюдается активная потеря массы, связанная с испарением воды, бензола и других углеводородов, выкипающих до 360°С.

3. Установлены закономерности миграции тяжелых металлов на этапах термического обезвреживания осадка. Определено, что в интервале температур от 350 до 700°С наблюдается снижение содержания подвижных форм металлов в осадке в результате образования нерастворимых устойчивых соединений с присутствующей в составе осадка серой.

4. Определены оптимальные температуры ведения процесса термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий - 520 и 650°С.

Практическая значимость работы.

Разработано техническое задание и проведены опытно-промышленные работы по детоксикации нефтесодержащего осадка методом активации аборигенной микрофлоры. Вместе с тем проведены опытные работы по обезвреживанию осадка МХО сточных вод огневым методом.

Разработана технологическая схема утилизации осадков МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром".

Разработан проект мониторинга мест размещения осадка МХО и внедрена «Программа мониторинга грунтовых вод в районе шламонакопителей №1 и №2 ЗАО "Сибур - Химпром"».

Разработаны комплексные организационно технические мероприятия, позволяющие снизить токсичность и объем осадка МХО сточных вод. Мероприятия реализованы в рамках «Целевой программы ЗАО "Сибур -Химпром" по регулированию качества окружающей среды на 2007 год».

Основные положения выносимые на защиту.

1. Функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО нефтегазохимических предприятий.

2. Алгоритм управления количеством и качественным составом осадка МХО сточных вод, как комплексный подход в решении проблемы снижения антропогенной нагрузки при обращении с осадками сточных вод, и его реализация.

3. Эффективность биоремедиации и термического обезвреживания осадков сооружений МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий.

4. Закономерность снижения содержания подвижных форм металлов в осадках МХО сточных вод в интервале температур от 350 до 700°С.

5. Оптимальный температурный режим ведения процесса термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий - 520 и 650°С.

Апробация работы. Основные теоретические положения, обобщения и выводы, содержащиеся в работе, обсуждены на X Всероссийской научно-практической конференции «Экология: проблемы и пути решения», г. Пермь, 2002 г; а также на международных конференциях «Пути снижения экологической нагрузки и оптимального использования природных ресурсов», г. Амстердам, 2003 г и «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», г. Томск, 2004 г.

Публикация результатов. Основные положения диссертации изложены в 6 публикациях.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список литературы из 130 наименований. Текст изложен на 160 страницах, иллюстрирован 35 рисунками и включает 32 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Злобина, Ольга Сергеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возрастающие темпы развития нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности в России неразрывно влекут за собой ряд проблем, связанных с образованием жидких и твердых нефтесодержащих отходов, и, соответственно, с увеличением отрицательного воздействии на окружающую среду.

Проблема ранее решалась российскими и зарубежными учеными. Тем не менее, эти исследования не содержат анализа управления потоками загрязненных сточных вод, с применением современных инструментов экологического менеджмента. В этих работах авторами не раскрыта эффективность традиционных методов обезвреживания нефтешламов, применяемых в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для обезвреживания грунтовых и резервуарных нефтешламов применительно к обезвреживанию осадков МХО. В соответствии с этим, актуальной научно-практической задачей является идентификация воздействий, определение уровня негативного воздействия осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий на объекты окружающей среды и разработка комплексного подхода для решения проблемы снижения антропогенной нагрузки.

Проведенный нами теоретические исследования актуальной проблемы позволили разработать алгоритм решения проблемы управления качеством и количественным составом осадков сооружений очистки сточных вод нефтехимических предприятий и разработать комплекс организационно-технических мероприятий по снижению антропогенной нагрузки при обращении с осадками сооружений механо-химической очистки сточных вод типичного представителя предприятий нефтегазохимического комплекса - ЗАО "Сибур - Химпром". На основании практических исследований биологического обезвреживания и термического разложения осадков определена схема утилизации осадков сооружений механо-химической очистки сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром".

В соответствии с целями и задачами представлены основные положения и выводы полученные в ходе исследований:

1. Построена функциональная модель формирования антропогенной нагрузки на окружающую среду при обращении с осадком МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий, специализирующихся на производстве низших олефинов и на процессах оксосинтеза. Изучены закономерности образования осадка и определены важные экологические аспекты рассматриваемых процессов. Предложены корректировочные организационно-технические мероприятия, позволяющие уменьшить образование осадка на сооружениях МХО сточных вод ЗАО "Сибур - Химпром" на 1914 т/год, что составляет 70% от общего количества ежегодно образующегося осадка.

2. Предложен алгоритм управления количеством и качественным составом осадка МХО сточных вод, основанный на современных методах моделирования и оценки эффективности бизнес процессов и систем (методы декомпозиции (ARIS), анализ Парето, диаграммы Ишшикавы, ABC-анализ, Парное сравнение, и FMEA-анализ). Такой подход обеспечивает эффективную работу системы экологического менеджмента предприятий нефтегазохимического комплекса.

3. Подтверждено, что биологическая детоксикация осадка МХО нефтегазохимических предприятий, проводимая на открытом полигоне, высоко эффективна для обезвреживания осадков с высоким содержанием нефтепродуктов - общее снижение составляет 83%. Установлено, что для снижения содержания тяжелых металлов, данный метод обезвреживания малоэффективен. На фоне незначительного общего снижения содержания тяжелых металлов, % (Сг на 17, Со на 31, Zn на 36, Си на 45) наблюдается увеличение количества подвижных форм Си на 9% и Сг на 7% от первоначального. IV класс опасности полученного грунта для окружающей среды, позволяет применять его в качестве пересыпки слоев на полигонах размещения ТБО.

4. Исследован характер терморазложения и установлены температуры, при которых наблюдается активная потеря массы, связанная с испарением воды, бензола и других углеводородов, выкипающих до 360°С. Определено, что для обеспечения гарантированного удаления углеводородов из осадка, температура нагрева должна достигать 500-520°С.

5. Установлена зависимость миграции тяжелых металлов на этапах термического обезвреживания осадка МХО сточных вод нефтегазохимических предприятий. Определено, что при повышении температуры нагрева осадка до 350°С, наблюдается повышение концентрации подвижных форм тяжелых металлов, что связано с окислением органической части осадка и разложением комплексных соединений, в состав которых входят металлы. В интервале температур 350-700°С наблюдается снижение содержания подвижных соединений металлов в осадке, вызванное образованием нерастворимых устойчивых соединений с серой, присутствующей в различных соединениях в составе осадка.

6. Рекомендовано, в случае предполагаемого размещения обезвреженных осадков на полигоне промышленных отходов и необходимости минимизировать объем отхода, использовать термическое обезвреживание старого осадка при температуре 520°С. При существующей возможности размещения больших объемов обезвреженного осадка на полигонах ТБО возможно использовать технологию биологической детоксикации осадков. В том случае, если планируется применение конечного продукта, в качестве экологически безопасного планировочного материала, необходимо проводить термическое обезвреживание старого и свежего осадков (в соотношении 1.1) при температуре 650°С, включая процесс брикетирования полученной золы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Злобина, Ольга Сергеевна, Пермь

1. 14 пунктов программы Деминга для менеджмента. Болезни и препятствия на пути преобразований: информационный бюллетень Ассоциации Деминга / под ред. Рубаника Ю.Т. М, МГИЭТ (ТУ), 1993, - 48с.

2. Ас. 1749340 РФ, МКИ А-1, С 02, У 01 Н 12/00. Способ очистки загрязненного нефтепродуктами грунта. / Ю.Ф. Абрашин, С.М. Жулев, Н.С. Марков, Г.Н. Попов, опубл. 23.07.92, Бюл. №27

3. Авторское свидетельство СССР Х»1558879, Бюллетень изобретений №15, . 990

4. Адлер ЮЛ. Волны вариабельности / Стандарты и качество, 1997, №6, с.50-51.

5. Альперин JI.H. Качество ради будущего. / Стандарты и качество, 1997, №2, с.36-41.

6. Амиров Я.С., Абызгильдин Ю.М., Русанович Д.А., Тищенко В.Е., Вопросы рационального использования отходов нефтепереработки и нефтехимии. Уфа: Баш. кн. изд-во, 1976, стр. 144

7. Амиров Я.С., Рациональное использование вторичных ресурсов в нефтехимии и охрана окружающей среды, Уфа, 1979, 543с.

8. Ахметов М.Н., Теляшев Э.Г., Карпинская Н.Н. и др., «Достижения и перспективы в области прокаливания нефтяных коксов», информационный ресурс: http://www.anrb.ru

9. Ахметов Т.Г., Порфирьева Р.Т., Гайсин Л.Г. Химическая технология неорганических веществ. Учебное пособие, М.: Высш. школа, 2002, стр. 533 с.

10. Багрянцев Г.И., Малахов В.М., Черников В.Е., «Проблемы переработки и обезвреживания твердых бытовых и горючих промышленных отходов», семинар «экологические проблемы промышленных предприятий», информационный ресурс: http://www.sibta.ru

11. Баширов В.В., Бриль Д.М., Фердман В.М. и др., Техника и технология поэтапного удаления и переработки амбарных нефтешламов / Тематический обзор ВНИИОЭНГ,М., 1992, стр. 1-40

12. Белов П.С., Голубева И.А., Низова С.А. Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа. Учебник для вузов.- М.: Химия, 1991,256 с.

13. Бельков В.М., Методы технологии и концепции утилизации углеродосодержащих промышленных и твердых бытовых отходов, ВНИИЖТ, информационный ресурс: http://www.promeco.hl.ru/stati/38.shtml

14. Бобович Б.Б., Девяткин В.В., Переработка отходов производства и потребления, М.: «ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 2000, стр. 56

15. Брагин В.В., Чабон Ф. Оценка риска и отказов комплексной системы, конструкции, процессов. Рынок и качество Ярославии, 1997, №1, - 50С.

16. Булатов А.И., Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности, М., 1993, с.35.

17. Воздействие нефти и нефтепродуктов на биоту, информационный ресурс: http://www.CTeeDpeace.ru

18. Волков В.И., «Способ огневого обезвреживания жидких отходов», информационный ресурс: http://www.sciteclibraru.ru

19. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба М.: Госком РФ по охране окружающей среды , 1999 . - 60 с

20. Выбросы мусоросжигательных заводов, Методический центр Эколайн информационный ресурс: www.ecoline.ru/mc/books/yufit/

21. Гамов В. И. Двинских С.В. Керин А.С. II Обработка осадка поверхностного стока, М., Стройиздат, 1991,427 с.

22. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: Химия, 1988, 112 с.

23. Гильманов Х.Г,, Варфоломеев Д.Ф. и др., Переработка и использование отходов и побочных продуктов нефтеперерабатывающих заводов»,сборник научных трудов БашНИИНП, М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1988, выпуск 27, стр. 48-56

24. Гирич И.Е., Нечитайло Т.Ю, Худокормов А.А, Мельников Д.А., Отбор штаммов микроорганичзмов, смособных к утилизации тяжелых фракций углеводородов, Кубанский Госуниверситет, Краснодар, http://www.bioscience.ru

25. Глезин И.Л., Петров В.Н., Тимофеев Т.А., Пиролиз твердых отходов нефтеперерабатывающей промышленности / Тематический обзор, ЦНИИТЭН Нефтехим, М., 1981, стр. 1-56

26. Головлева Л. А., Финкельштейн 3. И, Баскунов Б. П. и др / Микробиология, 1995, т. 64, №2, с. 197-200

27. Гончаров В В., Руководство для высшего управленческого персонала (в 2-х томах). 1996, М., МНИИПУ, T.l, 708с, Т.2, - 720с.

28. Гончаров Л. В, Баранова В. И, Егоров Ю. М, и др, // Труды Международной конференции Эволюция инженерных условий Земли", Под ред. В. Г. Трофимова, В. А. Королева, М.: МГУ, 1997, с. 126

29. ГОСТ 17.4.02-85 «Охрана природы. Почвы. Требования к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ».

30. ГОСТ 17.5.3.04-83. «Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель».

31. ГОСТ 17.5.3.04-83. «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб».

32. ГОСТ 26107-84. «Почвы. Метод определения общего азота».

33. ГОСТ 26261-84 «Почвы. Метод определения валового фосфора и валового калия».

34. ГОСТ 29269-91. «Почвы, Общие требования к проведению анализов».

35. Экономика природопользования: аналитические и нормативно-методические материалы. — Изд. 2-е, — М.: Минприроды РФ, 1994. 471 с.

36. Деминг Э, Выход из кризиса, 1994 пер. с англ. Тверь, Альба, - 408с.

37. Закон об охране окружающей среды Пермской области, 9 декабря 2002года N 502-94 (в ред. Закона Пермской области от 30.10.2003 N 1074-219)

38. Звягин Г.А., Применение метода индикаторов для изучения строения нефтяных залежей и контроля их разработки / Труды ПермНИПИНефть, вып. 12, Пермь, 1975.

39. Иларионов С.А., Пантюшина Л.П., Технологический регламент детоксикации нефтезагрязненного грунта методом активизации аборигенной микрофлоры, Пермь, 2002.

40. Инженерная экология. Общий курс: В 2-х т., Т. 1,2. Теоретические основы инженерной экологии: Учебное пособие для втузов / Под ред. И.И.Мазура. М.: Высш. шк., 1996.

41. Карапетьянц М.Х., Теплоты испарения низших углеводородов. Справочник «Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов», вып. 4 / Под ред. М.Д. Тиличеева, Москва-Лениград: Гостоптехиздат, 1953, с. 326.

42. Киратовский И.П., Охрана природы: Справочник для работников нефтепереработки и нефтехимической промышленности., М., 1986. 245 с.

43. Киреева Н. А. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах. Уфа: БашГУ, 1994, с. 172

44. Королев В А Некрасова М А / Третья Научная Конференция «Новые идеи в инженерной геологии», М.: Издательство МГУ, 1996,114 с.

45. Королев В. А., Некрасова М. А. /1-я научно-практическая конференция по проблемам охраны геологической среды, Минск: БГУ, 1995,123 с.

46. Корте Ф. и др. Экологическая химия: Основы и концепции. М.: Мир, 1996. - 396 с.

47. Куличевская И. С., Гузев В. С., Паников Н.С. // Микробиология 1995, т. 64, № 5, с. 668-673

48. Купцов А.В., Фархутдинов В.М., Черезова Т.А., Переработка и использование отходов и побочных продуктов НПЗ / Сборник научных трудов БашНИИНП, М., ЦНИИТЭНефтехим, выпуск 27, 1988, стр. 97-105

49. Леенсон И.А. Почему и как идут химические реакции., М.: МИРОС, 1995. -176 с.

50. Лукьянов А.Б. Физическая и коллоидная химия. М.: Химия, 1988. - 285 с.

51. Мановян А.К., Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. М.: Химия, 2001, - 568с.

52. Мансуров Р.И., Каштанов А.А., Ручкина P.M., Подготовка ловушечных нефтей / Тематический обзор ВНИИОЭНГ, М., 1985, стр. 1-35

53. Международный стандарт. ИСО 14001. Системы управления окружающей средой. Технические условия и руководство по применению, Первое издание 1996-09-01.

54. Методика промысловых исследований с применением меченных веществ для изучения строения и оценки охвата заводнением нефтяных залежей в карбонатных коллекторах. ВНИГНИ, Камское отд. Пермь, 1984.

55. Минигазимов И.С., Рассветалов В.А., Зайнуллин Х.Н., Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов, Монография, Уфа: «Экология», 1999, 299 с.

56. Мокрый Е.Н., Охрана окружающей среды в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. 1989, 345 с.

57. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М: Химия, 1987, с. 368

58. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

59. Нефтяное хозяйство, 1995, №№ 5-6, с.83-85.

60. Новое поколение экологически чистых ресурсосберегающих технологий,информационный ресурс: http://www.clean-techologies.com

61. Овчаренко М,М и др., «Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение», М., 1992, стр. 132-163

62. Охрана окружающей среды при нефтедобыче и охрана водных ресурсов. / Сборник научных трудов, Вып. 68, Уфа, 1984,116 с.

63. Охрана окружающей среды при разведке, добыче и транспортировке углеродного сырья. М., «Знание», 1967, 566 с.

64. Пат. 2009626 Российская Федерация, МКИ С1, 5 А 01 В 79/02, Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтесодержащими продуктами. / Парфенюк В.И., Беляев А.Г., Хаматнуров P.M. -№4935166/15, завл. 19.02.91; опубл. 30.03.94, Бюл. №6. 3 с.

65. Печи с вращающимися барабанами, информационный ресурс: http://techmash.novline.ru

66. Пилоян Г.О., Новкова О.С., Журнал неорганической химии 1967, т.12, с. 602

67. Почвенно-экологический мониторинг / Под. ред. Д.С.Орлова и В.Д.Васильевской. — М: МГУ, 1994. — 272 с.

68. Проспект фирмы "Meissner Grundban" ФРГ, Рекламный материал, 1986

69. Расветалов В.А., Дорина Л.И., Переработка и использование отходов ипобочных продуктов нефтеперерабатывающих заводов / сборник научн. трудов БашНИИНП, М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1988, вып. 27, стр. 79-92,

70. РД 39-0147098-015-90. «Инструкция по контролю за состоянием почв на объектах Миннефтегазпрома».

71. РД 52.18.289-90. МВИ массовой доли подвижных металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным методом.

72. РД 52.18.575-96 методические указания. Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах почвы методом инфракрасной спектрометрии. Методика выполнения измерений.

73. Рекламный проспект АОЗОТ "Биотехинвест", Рекламный материал, М., 1995.

74. Рогозина Е.А., Хотянович А.В., Поиски нефти, нефтяная индустрия и охрана окружающей среды / Тезисы докладов, I Всероссийская конференция, ВНИГРИ, С-П., 1995, стр.84-85

75. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01. «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов».

76. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1982. 584с.

77. СниП 2.01.28-85 «Полигоны по обезвреживанию захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию».

78. Справочник «Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами», М.: РЭФИА и НИА Природа, 2001, стр.23

79. Структурирование функции качества: принуждение к управлению качеством. Курс на качество, 1992, №1, с. 109-116

80. Сумская А.И., Амирханова В.И. и др. Переработка и использование отходов и побочных продуктов нефтеперерабатывающих заводов / Сб. научн. трудов БашНИИНП, М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1988, выпуск 27, стр. 105-110

81. Танатаров М.А., Зайнуллин Х.Н. и др., Опыт утилизации нефтешлама ЛИДС «Черкассы» / сб. материалов научн.-техн. конференции «Промышленныеотходы. Проблемы и решения», часть 1,Уфа, 1996, стр. 121-126

82. Терещенко Н.Н., Лушников СВ., Пышьева Е.В., Рекультивация нефтезагрязненных почв / Экология и промышленность России, Томск, октябрь 2002, стр. 17-20.

83. Технология каталитического окисления жидких и твердых отходов ГНИЛИ «Химтехнология», информационный ресурс: http://waste.com.ua/ixt/katal. html

84. Технология обезвреживания и переработки вязкопластичных и твердых отходов, информационный ресурс: http://litif.spb.ru

85. Тинсли И., Поведение химических загрязнителей в окружающей среде, Монография, М.: "Мир", 1982, стр.10-281

86. Трубникова И.В., Расветалов В. А. и др., Переработка и использование отходов и побочных продуктов нефтеперерабатывающих заводов / сборник научных трудов БашНИИНП, М.: ЦНИИТЭНефтехим 1988, выпуск 27, ар. 76-79

87. Туманова Н.А,, Проблемы окружающей среды и природных ресурсов / Обзор ВИНИТИ, М., 1995, стр. 32-42

88. Уэндланд У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1979, - 526 с.

89. Фархутдинов А.И., Алехин А.И., Малышкина Л.А., Результаты рекультивации нефтезагрязненных территорий с применением бактериального препарата, информационный ресурс: http://www.bioscience.ru

90. Федеральный закон об охране окружающей среды, 10 января 2002 года N 7-ФЗ, (с изм., внесенными Федеральным законом от 09.05.2005 N 45-ФЗ).

91. Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнуянц, М.: Советская энциклопедия, 1983. 792 с.

92. Шевченко Т В., Краснова Т.А., Коршунова О.И. и др., Электрохимическая157переработка высокотоксичных сточных вод / Химическая промышленность, 2000, №10. стр.12

93. Штекен Н. и др., Экономия энергии благодаря двухступенчатому способу сушки шлама, Метроном, 1992, №№ 4-5, стр.74-76

94. Экология. Биотехнология Тезисы, информационный ресурс: http://www.bioscience.ru

95. Энциклопедический словарь по металлургии, под ред. Н.П. Лякишева, справочное издание, в 2-х т,, М.: «Интермет Инжиниринг», 2000, с. 412.

96. Энциклопедия неорганических материалов в 2-х томах. / Гл. ред. И.М. Федорченко, Киев: Гл.ред. УСЭ, 1977. 814 с.

97. Юльтимирова И.А., Проблемы утилизации нефтешламов // Налоги. Инвестиции. Капитал. № 5-6 2003г. № 1 2004, информационный ресурс, http://kodeks.pirit.info/nic/200311/201.htm

98. Ягафаров Г. Г., Хметкин Р. Н. // Башкирский химический журнал, 1994, вып. 1(3). стр. 46-47

99. Ягафарова Г.Г. и др. Применение нового биопрепарата "Родотрин" для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов / Тезисы докладов, Всероссийская НТК, Уфа, 1999, стр. 207

100. Яковлев B.C. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. М.: Химия, 1987, 152 с.

101. Q-дериватограф. Инструкция по эксплуатации. Будапешт: Венгерский оптический завод. 1076, с. 91

102. Austin В., Calomiris J. S., Walker J.D, Colwell R.R,, Numerical taxonomy and ecology of petroleum degrading bacteria // Applied and environ, microbiology, 1977, 34 №1, p.60-68

103. Brodsky P. H. // Remediation of contaminated heterogeneous soils / US US 5476992 A, 1995, 19 Dec, p. 17

104. Circeo L. J., Camacho S. L., Jacobs G. K. et al // Han ford Symposium Health Environment 33-rd / Ohio In-situ remind Science. Basis Current Science1. Technology, p. 707-719

105. Doff W. Stelof M., Snierung cines kontaminirten bodens Bacterieller abbau von disolff/ Forchactnell. 1989. V.6. № 24-26.

106. Gates D. D., Siegnst R. L. // Laboratory evaluation of chemical oxidation using hydrogen peroxide / П Report from The X-231. Project for in Situ treatment of physicochemical process coupled with soil mixing, Tennessee, 1993.

107. Gates D. D., Siegust R. L., Clime S. R. // Laboratory evaluation of the in Situ chemical oxidation of volatile and semi-volatile organic compounds using hydrogen peroxide and potassium permanganate. / Tennessee, 1994

108. Grosse F. L. // Incineration of hazards wastes / Toxic Material News, 1981, vol. 8, №21, p. 323

109. Imamura Т., Yano Т., Bactenum К. B. // Process for degrading at least one of aromatic compounds and haloorganic compounds using microorganism, and processor environment remediation / Eur Pat Appi EP 714858 A 2,1996, 5 June -p. 23

110. Kanury A. M. // Introduction to combustion phenomena // New-York, Gordon & Breach, 1977, p. 257

111. Kawachi Т., Kudo H., Uruchibara K. et al // Soil Environment, 1995, №5, p.1263

112. Lagerman R. //Environmental Science Technology, 1993, №27, p. 2648-2650

113. Lewis C. R., Edwards R. E., Santora M. A. // Incineration of industrial wastes / Chemical Engineering, 1976, vol. 83, №2, p. 115-121

114. Ocar Y. B. Alshawabken A.N. // Environmental Science Technology, 1993, №27 p. 2638-2647

115. Oyler J. A. // A ecological remediation of a Superfund Site, 1995, p. 37

116. Paulaitis M. E., Penninger G. M., Gray R. D., Davidson P. // Chemical Engineering at Supercritical Fluid Conditions, Ami Arbor Science, 1983, p. 456

117. Peters R. W., Enzien M. Y., Bullard J. K. et al // Hanford Symposium Health159

118. Environmental 33-rd, Ohio In-situ remind Science. Basis Curent Future Technology, 1994, vol. 2, p. 737-762

119. Traxler P.W, "Bituminous materials: Asphalts, Tars, Pitches", Сборник статей под редакцией А.Д. Хойберга, "Intersience Publ" (N-Y, London), v. 1, 1964, p.323-346.

120. Takujama I. R, Huang C. P. // Hazard In Wastes 27-th, 1995, p. 835-846

121. Thoemmg J, Calmano W. // Soil Environment, 1995, № 5, 895 p.

122. Thornot E. C. // Selection of a field demonstration site for in Situ chemical treatment of soil testing activities // Wasting house Hanford Company, Richland, Washington, 1994

123. Thornton E. C., Baechler M. A. // Gas treatment of chromate-contaminated soils from a chromate contaminated waste site / II Draft Report, Wasting-house Hanford company, Richland, Washington, 1994

124. Thornton E. C, Delegard С. H, Baechler M. A. et al // Gas treatment and column leach testing of chromate, uranium (VI) and nitrate-contaminated soil, test plan / Wasting-house, Hanford Company, Richland, Washington, 1993

125. Watson T. A, Yon A, Own S, W. et al // Review of laser Engineering, 1996, vol. 24, p. 165-173