Детоксикация антропогенно-нагруженных территорий, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами, с последующим использованием под строительство

Попова, Юлия Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Детоксикация антропогенно-нагруженных территорий, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами, с последующим использованием под строительство
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Детоксикация антропогенно-нагруженных территорий, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами, с последующим использованием под строительство"

На правах рукописи

Попова Юлия Александровна

ДЕТОКСИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННО-НАГРУЖЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИМИ АРОМАТИЧЕСКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ И ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ, С ПОСЛЕДУЮЩИМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОД СТРОИТЕЛЬСТВО

Специальность: 03.00.16 - «Экология» (Технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2006

Работа выполнена на кафедре «Экология и инженерная защита окружающей среды» ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Серпокрылов Николай Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Приваленко Валерий Владимирович;

кандидат технических наук, профессор Гарин Вадим Михайлович

Ведущая организация: Управление федеральной службы по надзору в сфере

природопользования по Ростовской области

Защита состоится «14» апреля 2006 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета № Д 212.207.03 в Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 1049.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «14» марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного

канд. техн. наук, проф. "" с^Р

Пушенко Сергей Леонардович

гооСА ¿ьье

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы исследования. В настоящее время в России наблюдается ряд негативных техногенных изменений геологической среды. Среди них особую опасность представляют ее загрязнение и ухудшение экологического состояния селитебных территорий. Исторически сложилось, что в центральной части городов расположены крупные промышленные предприятия, оборудование и технология производства которых соответствуют 30-40-м годам прошлого века. Чем мощнее производство, выше его концентрация и «старше» применяемое оборудование, тем масштабнее ущерб, наносимый экологии данного района. Например, концентрация целого ряда токсичных загрязнителей в атмосфере, почвах, поверхностных и грунтовых водах г. Новочеркасска в десятки раз превышает предельно допустимые, в связи с чем городу присвоен статус территории чрезвычайной экологической ситуации.

03) на всех стадиях проектирования и строительства регламентирован перечень показателей качества почв различных территорий, в зависимости от их функционального назначения и использования. Гигиеническая оценка почвы прово-

дится с целью определения ее качества и степени безопасности для человека, а также разработки мероприятий (рекомендаций) по снижению химических и биологических загрязнений. Поэтому возникает потребность в разработке, оценке и практическом внедрении способов и технологий детоксикации различных элементов геологической среды населенных мест от загрязнителей с последующим их использованием под строительство.

Наибольшая опасность загрязнения педосферы и подстилающих пород связана со стойкими полиорганическими, в т. ч. и полиароматическими соеди- < нениями. Попадая из почв в подземные воды и растения, эти вещества могут оказывать токсическое действие на различные организмы, включая и человека. По токсичному и вредному воздействию на экосистемы на первом месте находятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В качестве показателя присутствия канцерогенных ПАУ в природных объектах чаще всего определяют бенз(а)пирен (БП), который является еще и сильнейшим мутагеном. Для стран Европейского сообщества ПДК БП в питьевой воде составляет 0,2 мкг/л, а по рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) -ПДК БП в воде - 0,01 мкг/л, в атмосферном воздухе - 0,1 мкг/100 м3, в почве -0,2 мг/кг, что в пересчете на один грамм составляет 20 нг. ПАУ поступают в почвы и горные породы в основном с атмосферными выбросами различных промышленных предприятий, вследствие развевания золо- и шламоотвалов ТЭЦ, производственными и бытовыми отходами. Источником ПАУ является также и автотранспорт.

Наряду с ПАУ довольно частым является загрязнение территорий тяжелыми металлами, поступление которых осуществляется разнообразными путями (обжиг цементного сырья, производство керамзита, черная и цветная металлургия, сжигание минерального топлива, породные отвалы, хвостохранилища и т.д.).

В настоящее время существуют физические, физико-химические, химические и биологические методы детоксикации загрязненных почв и грунтов, ни

один из которых не является универсальным. Поэтому актуальна разработка и применение комплексных методов детоксикации, позволяющих добиться экологически и экономически приемлемых результатов, например, сочетание физико-химических и биологических методов.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением кафедры «Инженерная экология и защита окружающей среды» ЮРГТУ (НПИ) по госбюджетной теме № 012. 0001. 0024 - «Разработка теоретических основ и высокоэффективных технологий охраны окружающей среды», а также в рамках реализации Мероприятий по поддержке государственной высшей и средней профессиональной школы Ростовской области на 2004 год по теме «Экологическая оценка состояния урболандшафтов ряда крупнейших промышленных центров юга России и разработка инженерно-экологических мероприятий по реабилитации территорий с использованием отходов».

1.2. Область исследования: п. 11 паспорта специальности («Развитие теоретических основ для разработки инженерных методов рационального природопользования: сохранение и мелиорация земель, санация водных объектов и техногенно загрязненных территорий, восстановление и рекультивация ландшафтов, управление обращением отходами, формирование экологически совместимых городских и региональных инфраструктур».

и. Объект исследования - загрязненные ПАУ и тяжелыми металлами почвы, расположенные в зоне подфакельных выбросов ОАО «Новочеркасский электродный завод» (НЭЗ), а также отходы угледобывающей промышленности шахт Восточного Донбасса (отходы антрацита, термоизмененные отвальные породы угольных шахт, отходы обогатительной фабрики) и глауконитовый песок.

1.4. Предмет исследования - техника и технология детоксикации почв, загрязненных ПАУ и тяжелыми металлами.

1.5. Цель работы - теоретическое обоснование, оценка и разработка комплексной технологии детоксикации и возврата в хозяйственный оборот территорий, загрязненных ароматическими ксенобиотиками и тяжелыми металлами.

Для достижения поставленной цели потребовалось комплексное решение ряда взаимосвязанных задач, основными из которых являлись:

-выявить особенности оценки, технологии и экономики детоксикации почв и почвогрунтов территорий промпредприятий, выводимых из населенных пунктов, применительно к использованию их в строительстве;

- установить зависимость содержания и форм ксенобиотиков от окислительно-восстановительных свойств среды;

- определить влияние регулируемых и нерегулируемых факторов на детоксикацию ксенобиотиков в модельных и природных условиях;

- исследовать каталитические и сорбционные характеристики отходов угледобывающей промышленности с учетом климатических условий;

- изучить влияние отходов угледобывающей промышленности на степень детоксикации почв и грунтов, обосновать их использование для защиты педо-сферы;

- разработать технологию детоксикации почв и грунтов, провести ее опытно-промышленную апробацию;

- оценить инвестиционную привлекательность предлагаемой технологии.

1.6. Основная идея работы. Использование отходов угледобычи в качестве детоксиканта антропогенно-нагруженных территорий урбообразований от ксенобиотиков для возврата их в хозяйственный оборот.

1.7. Методы исследования. Агрохимические и физико-химические показатели загрязнений образцов почв определялись методами, применяемыми в агрохимической практике, утвержденными Госстандартом РФ. Для определения общей токсичности исследуемых почв использовали стандартную методику биотестирования.

1.8. Научная новизна работы:

- впервые обосновано использование отходов углеобогатительных фабрик в качестве эффективного детоксиканта ПАУ и тяжелых металлов для защиты педосферы;

- предложена и реализована в опытно-промышленных условиях технология детоксикации почвы от ароматических ксенобиотиков и тяжелых металлов с использованием отходов углеобогатительных фабрик в качестве детоксикантов;

- установлено влияние сезонных циклов на детоксикацию почв с помощью предложенной технологии;

- обосновано использование стандартного метода биотестирования для оценки степени детоксикации почв.

1.9. Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором:

- обоснование и применение комплексного метода, сочетающего физико-химическую и биологическую детоксикацию;

- установление закономерностей детоксикации почв от ксенобиотиков с применением отходов угледобычи;

- экспериментальное обоснование оптимальных параметров технологии детоксикации почв от ксенобиотиков с помощью отходов угледобычи.

1.10. Практическая значимость работы состоит в том, что: разработана комплексная технология детоксикации загрязненных почв и грунтов урбообра-зований in situ, применение которой позволяет использовать освобождающиеся территории промпредприятий, выводимых из населенных мест, под строительство, а также улучшить продуктивность и санитарное состояние почв, качество поверхностно го стока и грунтовых вод в ареале загрязнения. Применение данной технологии позволяет получить значительный эколого-экономический эффект - суммарный предотвращенный ущерб от химического за1рязнения почв и водной среды составляет 209416 руб./га в год.

Рекомендации по детоксикации почв с помощью разработанной технологии реализованы в ряде проектов ОАО «Институт «Ростовский Водоканалпро-ект», РостгипроНИИстройдормаш, ОАО УК «Ростовгипрошахт», используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ).

На защиту выносятся следующие положения:

- использование под новое строительство загрязненных территорий, освобождающихся после вывода промпредприятий из населенных мест, требует проведения эколого- экономического обоснования технологии детоксикации почв и грунтов;

- отходы углеобогащения и угледобычи обладают ионообменными и сорб-ционными свойствами, обусловленными их химическим составом, и могут применяться в качестве относительно дешевого и эффективного детоксиканта для снижения уровня загрязнения почв ПАУ и тяжелыми металлами;

- отходы углеобогащения обладают сорбционной емкостью по отношению к ПАУ и тяжелым металлам за счет высокой пористости и развитой удельной поверхности;

- внедрение отходов углеобогащения в качестве сорбента-катализатора в практику детоксикации почв имеет существенную эколого-экономическую эффективность.

екая научная весна - 2005» (Новочеркасск, 2005); II Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Российской Федерации «Иннов-2005» (Новочеркасск, 2005); выставке «Промышленный потенциал юга России», Ростов - 2005 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей, 2 тезиса и материалы докладов. Подготовлены методические указания, использующиеся в учебном процессе.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, перечня цитируемой литературы, включающего 130 источников, и приложений. Общий объем диссертации составляет 186 страниц, из них 126 страниц машинописного текста, включая 15 таблиц, 7 формул, 47 рисунков и 5 приложений на 60 страницах.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Наблюдаемая в последние десятилетия концентрация промышленности на локальных территориях, формирование агроурболадшафтов, наносит ущерб природным системам, отрицательно воздействуя на почву, растительность, водоемы, атмосферу и человека. При этом почвы являются своеобразным накопителем выбросов, ингредиенты которых в зависимости от природных условий поступают в компоненты окружающей среды. Например, формирование качества поверхностных вод во многом определяется диффузными загрязнениями, состав которых, в свою очередь, непосредственно связан с состоянием почвенного покрова (табл. 1, рис. 1). Почва принимает участие в формировании стока больших и малых рек и трансформации поверхностных вод в грунтовые.

В почвах, подвергнутых антропогенному воздействию, нарушаются влаго-газовые обмены, и они снижают свою протекторную и продуктивную способности, Это приводит к увеличению смыва загрязнений с их поверхности, что в итоге ведет к повышенному выносу взвешенных (минеральных и органических) веществ, нефтепродуктов и ПАУ в водоемы и в грунтовые воды. Поэтому вос-

становление протекторных свойств почвы по существу является технологическим методом защиты окружающей среды, в т. ч. и градосферы.

Таблица 1

Среднегодовой уровень загрязнения в подфакельной зоне ОАО «НЭЗ», г. Новочеркасск (в долях ПДК)

№ Объект ПАУ Мп Ъъ Си РЬ № Со

1 Атмосфера 13,50 0,31 0,01 0,60 0,88 1,13 1,32

2 Поверхностные воды 20,0 3,6 5,4 12,0 6,0 4,3 3,2

3 Почва 9,75 4,80 5,00 2,00 4,00 5,20 6,40

4 Растения 230 - 5 3 8,0 20 -

О Слабое •Среднее И Сильное ПОчень сильное В Максимальное

Рис. 1. Уровень загрязнения городских почв г. Новочеркасска по показателю суммарного загрязнения Ъс (Родионова и др., 2001) Для устранения загрязнений геологической среды применяются три принципиально различающихся подхода. Первый - собственно очистка, предусматривающая полное извлечение вредных компонентов из объекта вместе с почвой (грунтом), обезвреживание с дальнейшей утилизацией их вне массива каким-либо известным способом. Второй - основан не на удалении, а на подавлении активности (детоксикации) вредного компонента на месте, непосредственно в массиве, например, путем его нейтрализации, разложения (деструкции), связывания и т. п. Третий - основан на локализации загрязнителей в массиве за счет создания вокруг аномалии защитного экрана, препятствующего дальнейшему распространению загрязнений. При этом сами загрязнители не разрушаются и не удаляются, а остаются как бы законсервированными внутри массива и изолированными от экосферы экранами.

При разной стоимости ни один из известных способов не является технологически универсальным. На наш взгляд, оптимальным будет компромиссное сочетание технологических и организационных решений, обеспечивающих приемлемое соотношение «качество очистки - цена» с позиций охраны градо-сферы и инвестиций.

> Минимизировать затраты при нормативном качестве детоксикации почв

возможно созданием и внедрением интенсивных технологий с применением к относительно дешевых материалов, например, отходов промышленности. Для

Южного федерального округа такими материалами могут быть многотоннажные отходы угледобычи, которые, в свою очередь, являются техногенным объектом воздействия на окружающую среду.

Терриконы - это техногенные месторождения, сформировавшиеся в результате добычи угля, сложенные горными породами и поднятые на поверхность в процессе угледобычи. На территории Ростовской области имеются крупнотоннажные отходы добычи угля (свыше 500 млн. тонн) и золошлаковые отходы Новочеркасской ГРЭС (свыше 40 млн. тонн). Породные отвалы занимают большую площадь (1,3 тыс.га), ухудшают ландшафт местности [Экологический вестник Дона, 2005]. В результате их горения и пылеобра-зования загрязняется прилегающая местность, водный и воздушный бассейны. Минеральный состав пород, слагающих отвалы угольных шахт, тесно связан с их происхождением и с последующим воздействием процессов выветривания и термического воздействия, приводящих к его изменению, глубина которого за-| висит от генетического возраста терриконов (Гипич, 1999). В их состав входят

ионы металлов переходной валентности, которые могут оказывать каталитическое действие на окисление загрязняющих веществ. По составу эти отходы сходны с искусственными сорбентами-катализаторами, которые используются в настоящее время для детоксикации грунтов (Трушкова, 2003).

Главными породообразующими минералами термонеизмененных отвальных пород угольных шахт (ОПУШ) являются: кварц (5Ю2, содержит примеси

А1, Ре, Са, М§, N8, К), полевые шпаты, слюды, карбонаты, гиббсит, гематит (Ре203, содержит примеси Тл до 11%, А1 до 14%, М§ до 17%), гетит и слоистые алюмосиликаты. Главными породообразующими минералами термоизменен-ных ОГГУШ являются: кварц, ортоклаз, гематит, муллит (А16812013), стекло, шпинель (МёА1204, содержит примеси Бе, Тп, М§, Сг, и др.), магнетит (Ре304 , содержит примеси М^, А1, Сг, N1, Мп). В породах, затронутых термическим воздействием (температуры горения достигают 1450°С), происходят более глубокие изменения в минеральном составе. Вследствие существенной конверсии их химического состава, происходят преобразования горелых пород, которые выражаются в увеличении соотношения Ре203:Ре0, и коррелируются с интенсивностью их термообработки.

Минеральный состав ОПУШ характеризуется повышенным содержанием гематита, гетита и увеличением количества глинистых минералов, что позволяет предположить наличие ионообменных и/или каталитических свойств. Кроме этого, ОПУШ обладают высокой пористостью и развитой удельной поверхностью, что предполагает наличие в них сорбционных свойств, как у природных цеолитов.

Таким образом, исходя из вещественного состава, отвальные массы, можно рассматривать в качестве дешевых и эффективных природно-техногенных материалов, способных закреплять вредные токсичные вещества в почве, улучшать санчтарно-токсикологическое состояние поверхностных и подземных вод, — , т. е. способствовать реабилитации антропогенно-нагруженных территорий, в т.

ч. и для восстановления свойств почвогрунтов промышленных предприятий, планируемых под городскую застройку.

Исследования проводились в течение 2003 - 2005 гг. на загрязненных ПАУ и тяжелыми металлами почвах, расположенных в районе НЭЗ; контрольными (фоновыми) были почвы дачной зоны (в 10 км от него). В качестве альтернативных материалов для детоксикации почв изучено применение отходов антрацита, обогатительной фабрики, термоизмененных ОПУШ и глауконитового

песка Аютинского месторождения (Ростовская обл.). Численность микроорганизмов в почве определяли с помощью метода последовательных разведений и высева на плотные питательные среды - мясо-пептонный агар - для сапрофитных бактерий, среда Таусона - для углеводородокисляющих микроорганизмов. Плодородие почвы определялось методом биотестов (Федорова, Никольская, 2001 г.). В качестве тест-растения использовался редис розовый с беленьким кончиком.

В соответствии с задачами исследований в лабораторных условиях моделировали процесс каталитического окисления органических веществ в поверхностных и подземных водах, образующихся на загрязненных городских почвах, ОПУШ, отходами обогатительной фабрики (ООФ) и антрацита, глаукони-товым песком, различными искусственными катализаторами в зависимости от температуры (модель «лето - зима»). В модельную жидкость (СН3СООН, 180 мгОг/л по ХПК) добавляли определенные навески исследуемых материалов. Растворение кислорода происходило через свободную поверхность и при аэрации при температурах + 20аС, + 5°С (рис. 2).

Установлено, что эффект очистки и скорость снижения концентрации органических веществ в модельной жидкости при добавлении отходов обогатительной фабрики, горелых пород и глауконитового песка без аэрации сопоставимы с результатами без их внесения, но при аэрации. Также выявлено замедление снижения концентрации органических веществ при наличии этих материалов при низких температурах. Для каждого из этих веществ получены уравнения регрессии, описывающие кинетику окисления органических веществ в модельной жидкости. Математическая модель процесса окисления органических веществ для ООФ (диаметр фракций 1,25 - 2,5 мм) имеет вид:

t = 20°С, без аэрации;

t = 5°С, без аэрации;

Для ХПК: y = lQx2 -54* + 17$ R2 -0.91

>>=5.г'-29л: + Щ R: =0.98

Для гН2

>> - ОД Зг - 0,66с+245 7, Л2 =0.99

у --0,27дг +0J71 + 2367, R2 =0.96

t = 20®С, у = 157.52с"0 4*\ у = 1Ж -6,49*+28,01,

с аэрацией. л2-0.94 л2-0,96

Аналогичные уравнения регрессии получены для других типов детокси-

кантов и их фракций. С их помощью ведется прогноз динамики окисления органических загрязнетелей. Существенное влияние оказывает размер фракций горелых пород и ООФ, оптимум 1,25 - 2,50 мм.

При использовании искусственных катализаторов фирмы «Катализ» (г. Ангарск), эффект снижения концентрации органических веществ в модельной среде ниже на 20 %, чем при добавлении ООФ, что имеет большое значение, если сопоставить их стоимость - 180 000 и 1200 руб./т, соответственно.

ХПК, Mrfn

200 ,---------------------------

0 1----------'------------------

0 0.5 1 1,5 2 2.5 3 3.5

А горелые породы, ¿=1,25-2,50 мм вр»ия,ч

• отходы обогатительной фабрики, <1=1,25 - 2,5 мм

♦ глауконитовый песок

■ контрольная проба

■ катализатор искусственный

--ООФ

— - -Г

— « контрольная проба

— • ГП

катализатор искусственный

Рис. 2. Кинетика окисления органических веществ модельной жидкости без аэрации, Т = 20°С

Эффективное снижение содержания органических веществ в модельных растворах потребовало установления качественного механизма изъятия загрязнений (сорбция, каталитическое окисление или смешанное взаимодействие), поскольку на его базе в дальнейшем формируются технологические решения.

Для наилучших материалов по снижению ХПК модельной жидкости получены сорбционные характеристики: удельная сорбционная емкость состав-

ляет, мг/г: по бензолу - для глауконита 561.6, горелых пород - 530.4, ООФ -1060.8; по аммонийному азоту - 13.78,11.70 и 17.90, соответственно.

Изотерма адсорбции Ленгмюра для ООФ по бензолу имеет вид у -12,753* + 0,0179, по аммонийному азоту у = 16,91л: + 26,916. Для горелых пород и глауконитового песка также получены изотермы адсорбции, которые представлены в диссертационной работе.

Выявленный в лабораторных условиях смешанный сорбционный и каталитический эффект очистки вод модельной жидкости позволил выдвинуть гипотезу о сохранении его и в природных условиях. Для ее проверки потребовалось проведение натурного эксперимента по исследованию влияния указанных веществ в виде дисперсных материалов (фракции 1,25 - 2,5 мм) на степень де-токсикации почв, загрязненных ПАУ и тяжелыми металлами, а также на микрофлору почв. Экспериментальные площадки (28 шт., 0,5 х 0,5 м) располагались в зоне факельных выбросов НЭЗ и в дачной зоне.

Исходя из рекомендаций по применению горелых пород для минимизации загрязнений поверхностного стока на водосборе (Орехов, 2001), были приняты дозы вносимых детоксикантов: 200 и 400 кг/га. Внесение сорбентов производилось без заделки в почву (каждый из исследуемых сорбентов равномерно распределялся по поверхности площадок) и с заделкой на глубину 8-10 см.

Первый этап этого эксперимента проводился в холодный период, с ноября по апрель, второй - в теплый: июнь - август.

Уровень рН в почвенных вытяжках составил: контрольная площадка в подфакельной зоне - 7.57, фоновая площадка - 7,85. Окислительно-восстановительный потенциал, соответственно 152,53 и 158,68 мВ.

Анализ данных (рис. 3), показывает, что ООФ обладают наибольшей сорбционной способностью по отношению к загрязняющим веществам, о чем свидетельствует рост микробного населения (увеличено количество питательных веществ) микроорганизмами-деструкторами и снижение концентрации загрязняющих веществ. Для подтверждения формирования симбиотически бла-

гоприятного сообщества по условиям трофических связей и интегральной оценки токсичности почв на исследуемых площадках было проведено биотестирование.

Установлено (рис. 4), что больший эффект деструкции ПАУ и снижение уровня загрязнения почв тяжелыми металлами, выражающиеся в увеличении зеленой массы тест - растений, наблюдается при глубинном внесении всех исследуемых материалов, т. е. - с заделкой в почву; наибольший прирост наблюдается при внесении отходов углеобогатительной фабрики: в зимний период в количестве 40 г/м2 (12,4%), в летний - 20 г/м2 (10,1%); несколько в меньшей степени наблюдался прирост при внесении горелых пород 40 г/м2 как в зимний

иди Площадка в подфакельной зоне, ХПК, мг/кг*10-1 Варианты опыта

Площадка в подфакельной зоне, гумус, % у1 ■ "I Площадка в подфакельной зоне, микробное население, кл/г х10-5 Фоновая площадка, ХПК, мг/кг*10-1

- -х- - Фоновая площадка, микробное население, кл/г х10-5

- - ж — Фоновая площадка, гумус, %

Рис. 3. ХПК почвенной вытяжки, гумус, микробное население (зима): 1 -контроль без заделки в почву (б/з); 2 - контроль с заделкой в почву (с/з); 3 -ООФ, 400 кг/га (б/з); 4 - ООФ, 400 кг/га (с/з); 5 - ООФ, 200 кг/га (б/з); 6 - ООФ, 200 кг/га (с/з); 7 - горелые породы, 400 кг/га (б/з); 8 - горелые породы, 400 кг/га (с/з); 9 - горелые породы, 200 кг/га (б/з); 10 - горелые породы, 200 кг/га (с/з); И

- глауконитовый песок, 400 кг/га (б/з); 12 - глауконитовый песок, 400 кг/га (с/з); 13 - глауконитовый песок, 200 кг/га (б/з); 14 - глауконитовый песок, 200

кг/га (с/з)

ВИ фоновая площадка, холодный период Варианты опыта

ЬЗД! подфакельная зона, холодный период

А фоновая площадка, теплый период -Х-подфакельная зона, теплый период

Рис. 4. Продуктивность почв при внесении различных детоксикантов: 1 -горелые породы, 400 кг/га, (с/з); 2 - горелые породы, 400 кг/ra, (б/з); 3 - горелые породы, 200 кг/га, (с/з); 4 - горелые породы, 200 кг/га, (б/з); 5 - глаукони-товый песок, 400 кг/ra, (с/з); 6 - глауконитовый песок, 400 кг/га, (б/з); 7 - гпау-конитовый песок, 200 кг/ra, (с/з); 8 - глауконитовый песок, 200 кг/га, (б/з); 9 -ООФ, 400 кг/га, (с/з); 10 - ООФ, 400 кг/га, (б/з); И - ООФ, 200 кг/га, (с/з); 12 -

ООФ, 200 кг/га, (б/з) Статистически значимого увеличения прироста биомассы от дозы и способа внесения глауконита не обнаружено. В результате эксперимента установлено, что наибольший эффект снижения токсичности почв наблюдается при внесении ООФ с заделкой в почву.

Для проверки полученных технологических выводов о способе и дозах внесения детоксиканта, а также для получения расчетных параметров технологии реализован опытно-промышленный эксперимент: заложено 6 опытных площадок размером 5x5м на территории, прилегающей к НЭЗ. Внесение детоксикантов производилось с заделкой на глубину 8-10 см в дозах, кг/га: ООФ - 200 и 400; ГП - 200 и 400; ГК - 400; контроль (без внесения загрузки). Эксперимент проводился в зимний период - с ноября по апрель

(табл. 2). Сравнительный анализ данных (табл. 2) показывает, что наибольший

суммарный эффект детоксикации загрязненных почв достигается при внесении ООФ в количестве 400 кг/га. Скорость изменения концентрации ПАУ в почвах при этом составляет 0,357 мг/кг в сутки, следовательно, уровень ПДК (0,02 мг/кг) будет достигнут в течение 132 суток.

Для исследования кинетики физико-химической и микробиологической детоксикации почв был проведен лабораторный эксперимент, в ходе которого контролировалась динамика изменения уровня загрязнения почв по ХПК, гумусу, микробному населению и токсичности (биотестирование), при внесении ООФ с заделкой (рис. 5).

Таблица 2

Показатели загрязненности на опытных площадках

№ Варианты опыта ПАУ, нг/г ХПК, мгОз/кг Мп | 2п | Си | РЬ | № | Со | Сг | СА

мг/кг

1 ООФ, 400 кг/га 4150 418,0 371,3 524,0 98,0 88,0 28,0 11,4 65,4 0,1

2 ООФ, 200 кг/га 4900 472,0 298,8 311,0 65,7 114,8 22,1 9,1 34,7 0.4

3 ГП, 400 кг/га 7000 782,0 386,5 494,0 98,6 241,1 31,7 11,2 75,2 ОД

4 ГП, 200 кг/га 7800 964,0 329,8 311,0 100,5 30,8 24,5 9,7 51.1 0,7

5 ГК, 400 кг/га 33500 564,0 240,6 509,С 75,7 138,2 16,3 7,1 47.5 0,4

6 Контрольная площадка 47000 746,3 420,6 509,5 130,8 82,1 37,7 13,8 69,6 0,4

7 Фоновая площадка 70 400,0 499,5 96,0 47,1 10,8 34,0 15,3 78,2 0,1

Было выявлено, что в течение 90 суток произошло снижение концентрации ПАУ в 2,4 раза, ХПК в 1,7 раза, N02 - в 1,3 раза, Г^Н4 - 1,8 раза, Сг - в 1,5 раза, Си - в 2,0 раза, № - в 1,05 раза.

Скорость снижения концентрации ПАУ в почвенном фильтрате при обработке почвы ООФ составляет 0,0034 мкг/кг в сутки, что позволяет достигнуть уровня ПДК (0,005 мкг/дм3) в течение 152 суток. Полученные результаты подтвердили предположение о снижении уровня загрязнения не только в почве, но и в почвенном фильтрате, а следовательно, и в водной среде.

а)

Микробное

ХПК, мг/л население, кп/г 700 т__т 120,00

600 f ---ш _f-------------ф------------i 100,00

600 400 300 1 200 1 100

0 :

15 45 65

—•—контроль, ХПК. фоновая

- * - ООФ, ХПК, фоновая

—К—контроль, ХПК, подфакепьная

— -Я — ООФ, ХПК, подфакепьная

- - ♦ - - контроль, микр.нас, фоновая

— -Х- • ООФ, микр.нас, фоновая

контроль,микр.нас,подфакепьная —ь- - ООФ, микр.нас., подфакепьная

б)

Прирост биомассы

Гумус, % редиса, %

7,00 т - 25,00

6'°° * """----$----—--_, ------20,00

5,00 Ьг------____Т

4,00 ^______---------15,оо

з.оо - ----" ....... ...€ ю,оо

«¡1 .......................................; 5.00

0,00 ---------------.--------------I 0,00

о 15 45 65 90

—■—контроль, гумус, фоновая Время, сут.

— -А — ООФ, гумус, фоновая

—Ж—контроль, гумус, подфакепьная

—I— ООФ, гумус, подфакепьная

— - ♦ - 'контроль, токсичность, фоновая

— -Х- ■ ООФ, токсичность, фоновая

• - * • контроль, токсичность, подфакепьная

— - ООФ, токсичность, подфакепьная

Рис. 5. Кинетика физико-химической и микробиологической детоксикации почв: а - ХПК, мг/л; микробное население, 1х10"5 кл/г; б - гумус, %; прирост биомассы редиса, %

Возможность регенерации сорбентов подтверждена количественным анализом углеводородокисляющих микроорганизмов: до обработки в почвах фоновой площадки их численность составила 2,2 * 106 кл/г, в почвах подфа-кельной зоны - 2,0* 106 кл/г, после - 8,48* 106 и 4,8* 106 кл/г, соответственно.

Эти данные указывают на активизацию аборигенной углеводородокисляюшей микрофлоры при внесении детоксикантов, что характеризует повышение способности почвы к самоочищению от данного вида токсикантов.

Таким образом, сорбционно-каталитическая обработка антропогенно-нагруженных городских почв ООФ ведет к концентрированию загрязнений и

формированию нового микробного сообщества, деструктурирующего данные ксенобиотики, что составило основы комплексной технологии детоксикации.

На основании проведенных исследований составлены рекомендации по использованию ООФ для детоксикации почв, загрязненных ПАУ и тяжелыми металлами: 1- предварительная подготовка: дробление и рассев на фракции 1,25-2,5 мм; 2 - внесение в почву с заделкой на глубину 8-10 см; 3 - доза ООФ 400 кг/га.

Предотвращенный ущерб при проведении реабилитации антропогенно-нагруженных территорий от загрязнения химическими веществами путем внесения детоксикантов на 1 га городских земель составляет 185687 руб./год, водной среде - 23729 руб./год. Экономический ущерб от повышенной заболеваемости в связи с загрязнением окружающей среды в исследуемом районе составил 10166767 руб., из них 33,3% - ущерб за счет лечения больных в поликлиниках и стационаре, 37,9 - ущерб от выплаты по больничным листам и 28,8 - от недополучения продукции на предприятиях.

Затраты на реабилитацию территории с помощью предлагаемой технологии складываются из стоимости детоксикантов и затрат на внесение их в почву и составляют 3 587 руб./га при стоимости детоксикантов 1233 руб./т для уело- '*

вий г. Новочеркасска, в то время как затраты на проведение биологической рекультивации и реабилитации антропогенно нарушенных участков территории • составляют 120 - 1900 тыс. руб./га, что и составляет ее инвестиционную привлекательность в условиях рынка. Применение данной технологии позволяет при низких затратах на ее реализацию получить значительное снижения уровня загрязнения и, как следствие, уменьшение экологического ущерба от забо-

леваемости населения до 5 143 503 руб. при достижении уровня загрязнения фоновой зоны.

Таким образом, эколого - экономический анализ разработанной технологии показывает, что применение ООФ как детоксикантов почвогрунтов, снижает уровень загрязнения педо- и гидросферы до нормативных величии и позволяет вернуть зараженные территории в хозяйственный оборот. Затраты при использовании ООФ для детоксикации грунтов существенно ниже, чем затраты на производство и использование искусственных сорбентов-катализаторов. Это свидетельствует о том, что предложенные решения удовлетворяют трем основным критериям оценки современной технологии: экологическая безопасность, технологическая эффективность, экономическая рентабельность.

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложена методика оценки экологического состояния почв и грунтов ликвидируемых промышленных предприятий и контроля процесса их детоксикации.

2. Обоснована комплексная физико-химическая и биологическая технология детоксикации почв и почвогрунтов территорий промпредприятий, выводимых из населенных пунктов, применительно к использованию их в строительстве

3. Выявлена эффективность и определены рабочие параметры процесса удаления ПАУ и тяжелых металлов из загрязненных почв и строительных грунтов, из поверхностных и подземных вод, формирующихся на таких территориях, с использованием отходов углеобогащения в качестве детоксикантов.

4. Установлен вклад каталитических и сорбционных составляющих для отходов углеобогащения в процесс детоксикации почв и почвогрунтов с учетом климатических факторов.

5. Установлены закономерности влияния детоксикантов, а также дозы и способа их внесения на концентрацию поллютантов в почвах и почвенном фильтрате.

6. Разработана и внедрена в опытно-промышленных условиях технология

детоксикации антропогенно-нагруженных территорий от загрязнения ПАУ и тяжелыми металлами.

7. Оценена экономическая эффективность использования отходов углеобогащения по предотвращенному ущербу окружающей среде при попадании загрязняющих веществ в почву и водоемы, а также по ущербу от заболеваемо-

ста населения. Предотвращенный ущерб от химического загрязнения почв составит 185687руб./год, водной среде - 23729 руб./год при внесении детокси-кантов на 1 га, предотвращенный ущерб от заболеваемости - 5023264 руб./год. '

4. СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Попова Ю. А., Серпокрылов Н.С., Заводовская Е.В. К вопросу об экологической оценке территорий для строительства //Строительство-2006: Материалы Международной научно-практической конференции.- Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 2006. -С. 52-54.

2. Попова Ю. А., Тананеев Л.И., Сергиенко Л.П., Садовников А.Ф. Экономические показатели реабилитации загрязненных территорий //Строительство-2006: Материалы Международной научно-практической конференции.- Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 2006. -С. 54-56.

3. Попова Ю. А., Серпокрылов Н.С., Сергиенко О.И., Грачева A.A. Моделирование процесса реабилитации загрязненных территорий //Строительство-2006- Материалы Международной научно-практической конференции,- Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 2006. -С. 58-60.

4. Попова Ю. А., Сергиенко Л.П. Применение биотестирования для оценки процессов самовосстановления в почвах //Строительство-2006: Материалы Международной научно-практической конференции - Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 2006. - С. 67-68.

5. Попова ГО. А. Разработка региональной технологии детоксикации антропогенно-натуженных почв от полициклических ароматических углеводородов //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - Прил. №3. - С. 155-157.

6.Попова Ю. А., Серпокрылов Н.С., Сергиенко Л.П. Экспериментальное обоснование технологии восстановления загрязненных почв //Строительство- 2005: Материалы Международной научно-практической конференции,- Ростов н/Д: Рост.й гос. строит, ун-т, 2005. - С.

42-44. '

7. Попова Ю. А. К вопросу о детоксикации почв, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами //Строительство - 2005: Материалы Международной научно-практической конференции,- Ростов н/Д: Ростовский государственный строительный университет, 2005, с. 40-42. •

8. Попова Ю. А., Серпокрылов Н.С.Экспериментапьное обоснование выбора детокси-кантов почвогрунтов и грунтовых вод //Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования: Материалы III Международной научно-практической конференции, г. Новочеркасск, 26 ноября 2004 г. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004, С. 62-65.

9. Попова Ю. А.,Сергиенко Л.П., Слюсарева А.Н. Детоксикация почв и грунтов от ксенобиотиков // Биосфера и человек: Проблемы взаимодействия- Сборник материалов VII Международной научной конференции. - Пенза, 2003, С. 143-145.

10. Попова Ю. А., Сергиенко Л.П. Инженерная защита территории п. Новоселовка (г. Новочеркасск) от подтопления грунтовыми водами //Материалы 51-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск, 2002, С. 91-92.

11. Попова Ю. А., Юсупов М.С., Головина Е.В., Тимошенко Е.В. Мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами // Экономика и политика в области природообустройства: Материалы V научно-практической студенческой конференции -Ростов н/Д: Рост, гос. экон. акад., 1999. - С. 28.

Подписано в печать 10.03.06. Формат 60x84/16. Ризограф. Бумага писчая. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 434.

Редакционно-издательский центр РГСУ. 344022, Ростов н/Д, ул. Социалистическая, 162.

20CG ft

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Попова, Юлия Александровна

Введение

1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ИХ ДЕТОКСИКАЦИИ

1.1 Влияние градообразующих предприятий различных отраслей промышленности на педосферу

1.2 Взаимосвязь поверхностного и дренажного стока с состоянием почв

1.3 Ароматические ксенобиотики и тяжелые металлы в почвах и почвенных компонентах и способы их детоксикации

1.4 Механизм каталитического окисления ксенобиотиков в почвенном растворе и почвах 30 Выводы по 1 главе, постановка цели и задач исследований

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ГЛАУКОНИТОВОГО ПЕСКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ

2.1 Характеристика отходов угледобывающей промышленности и глау-конитового песка

2.2 Современные направления использования отходов угледобывающей промышленности

2.3 Теоретическое обоснование использования отходов угледобывающей промышленности и глауконитового песка в практике детоксикации почв 51 Выводы по 2 главе

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Задачи и объекты лабораторных и полевых исследований

3.2 Методы исследований и основные определяемые показатели 60 Выводы по 3 главе

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ В ЛАБОРАТОРНЫХ И ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

4.1 Исследование каталитических свойств различных отходов угледобывающей промышленности и глауконита

4.2 Исследование сорбционных характеристик различных отходов угледобывающей промышленности и глауконита

4.3 Исследование влияния различных отходов угледобывающей промышленности и глауконита на степень детоксикации антропогенно-нагруженных почв

4.3.1 Исследование влияния вносимых детоксикантов на агрохимические характеристики почв

4.3.2 Опытно-промышленные исследования эффективности детоксикации почв при внесении различных отходов угледобывающей промышленности и глауконита

4.4 Исследование динамики детоксикации почв при внесении отходов обогатительной фабрики в качестве детоксикантов

4.4.1 Исследование динамики изменения физико-химических, агрохимических и микробиологических показателей почв

4.4.2 Исследование влияния вносимых детоксикантов на качество грунтовых вод и возможность регенерации детоксикантов 97 Выводы по 4 главе

5. Эколого - экономическое обоснование технологии детоксикации почв 100 Выводы по 5 главе 111 Литература 114 Приложения

Введение Диссертация по биологии, на тему "Детоксикация антропогенно-нагруженных территорий, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами, с последующим использованием под строительство"

Актуальность темы исследования. В настоящее время в России наблюдается ряд негативных техногенных изменений геологической среды. Среди них особую опасность представляют ее загрязнение и ухудшение экологического состояния селитебных территорий. Исторически сложилось, что в центральной части городов расположены крупные промышленные предприятия, оборудование, технология производства которых соответствуют 30-40-м годам прошлого века. Чем мощнее производство, выше его концентрация и «старше» применяемое оборудование, тем масштабнее ущерб, наносимый экологии данного района. Например, концентрация целого ряда токсичных загрязнителей в атмосфере, почвах, поверхностных и грунтовых водах г. Новочеркасска в десятки раз превышает предельно допустимые, в связи с чем городу присвоен статус территории чрезвычайной экологической ситуации.

В последние годы в России все масштабнее реализуются программы вывода промышленных предприятий из центральной части городов за их черту. Площади, высвобождаемые в результате этого вывода, являются на сегодняшний день одним из основных источников предложений на рынке земли. Особенно трудное положение с наличием свободных земельных участков под инфраструктурную застройку складывается в центральной части крупных городов. Например, оценочная стоимость земель Москвы колеблется в пределах от 300 тыс. до 13 млн. долларов за гектар. Однако, прежде чем использовать освобожденные земли, долгое время находившиеся под антропогенным воздействием промышленного производства, необходимо провести их экологическую оценку и, при необходимости, - экономически обоснованную реабилитацию. В соответствии с требованиями Закона об охране окружающей среды и Санитарно-эпидемиологическими требованиями к качеству почвы (СанПиН 2.1.7.12803) на всех стадиях проектирования и строительства регламентирован перечень показателей качества почв различных территорий, в зависимости от их функционального назначения и использования. Гигиеническая оценка почвы проводится с целью определения ее качества и степени безопасности для человека, а также разработки мероприятий (рекомендаций) по снижению химических и биологических загрязнений. Поэтому возникает потребность в разработке, оценке и практическом внедрении способов и технологий детоксикации различных элементов геологической среды населенных мест от загрязнителей с последующим их использованием под строительство.

Наибольшая опасность загрязнения педосферы и подстилающих пород связана со стойкими полиорганическими, в т. ч. и полиароматическими соединениями. Попадая из почв в подземные воды и растения, эти вещества могут оказывать токсическое действие на различные организмы, включая и человека. По токсичному и вредному воздействию на экосистемы на первом месте находятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В качестве показателя присутствия канцерогенных ПАУ в природных объектах чаще всего определяют бенз(а)пирен (БП), который является еще и сильнейшим мутагеном. Для стран Европейского сообщества ПДК БП в питьевой воде составляет 0,2 мкг/л, а по рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) - ПДК БП в воде - 0,01 мкг/л, в атмосферном воздухе - 0,1 мкг/100 м3, в почве - 0,2 мг/кг, что в пересчете на один грамм составляет 20 нг. ПАУ поступают в почвы и горные породы в основном с атмосферными выбросами различных промышленных предприятий, вследствие развевания золо- и шпамоотвалов ТЭЦ, производственными и бытовыми отходами. Источником ПАУ является также и автотранспорт.

В настоящее время существуют физические, физико-химические, химические и биологические методы детоксикации загрязненных почв и грунтов, ни один из которых не является универсальным. Поэтому актуальна разработка и применение комплексных методов детоксикации, позволяющих добиться экологически и экономически приемлемых результатов, например, сочетание физико-химических и биологических методов.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением кафедры «Инженерная экология и защита окружающей среды» ЮРГТУ (НПИ) по госбюджетной теме № 012. 0001. 0024 - «Разработка теоретических основ и высокоэффективных технологий охраны окружающей среды», а также в рамках реализации Мероприятий по поддержке государственной высшей и средней профессиональной школы Ростовской области на 2004 год по -теме «Экологическая оценка состояния урболандшафтов ряда крупнейших промышленных центров юга России и разработка инженерно-экологических мероприятий по реабилитации территорий с использованием отходов».

Область исследования: п. 11 паспорта специальности («Развитие теоретических основ для разработки инженерных методов рационального природопользования: сохранение и мелиорация земель, санация водных объектов и техногенно загрязненных территорий, восстановление и рекультивация ландшафтов, управление обращением отходами, формирование экологически совместимых городских и региональных инфраструктур».

Объект исследования - загрязненные ПАУ и тяжелыми металлами почвы, расположенные в зоне подфакельных выбросов ОАО «Новочеркасский электродный завод» (НЭЗ), а также отходы угледобывающей промышленности шахт Восточного Донбасса (отходы антрацита, термоизмененные отвальные породы угольных шахт, отходы обогатительной фабрики) и глауконитовый песок.

Предмет исследования - техника и технология детоксикации почв, загрязненных ПАУ и тяжелыми металлами.

Цель работы - теоретическое обоснование, оценка и разработка комплексной технологии детоксикации и возврата в хозяйственный оборот территорий, загрязненных ароматическими ксенобиотиками и тяжелыми металлами.

- выявить особенности оценки, технологии и экономики детоксикации почв и почвогрунтов территорий промпредприятий, выводимых из населенных пунктов, применительно к использованию их в строительстве;

- установить зависимость содержания и форм ксенобиотиков от окислительно-восстановительных свойств среды;

- определить влияние регулируемых и нерегулируемых факторов на де-токсикацию ксенобиотиков в модельных и природных условиях;

- изучить влияние отходов угледобывающей промышленности на степень детоксикации почв и грунтов, обосновать их использование для защиты педосферы;

- разработать технологию детоксикации почв и грунтов, провести ее опытно-промышленную апробацию;

- оценить инвестиционную привлекательность предлагаемой технологии.

Основная идея работы. Использование отходов угледобычи в качестве детоксиканта антропогенно-нагруженных территорий урбообразований от ксенобиотиков для возврата их в хозяйственный оборот.

Методы исследования. Агрохимические и физико-химические показатели загрязнений образцов почв определялись методами, применяемыми в агрохимической практике, утвержденными Госстандартом РФ. Для определения общей токсичности исследуемых почв использовали стандартную методику биотестирования.

Научная новизна работы:

- установлено влияние сезонных циклов на детоксикацию почв с помощью предложенной технологии;

- обосновано использование стандартного метода биотестирования для оценки степени детоксикации почв.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором:

- установление закономерностей детоксикации почв от ксенобиотиков с применением отходов угледобычи;

Практическая значимость работы состоит в том, что: разработана комплексная технология детоксикации загрязненных почв и грунтов урбообра-зований in situ, применение которой позволяет использовать освобождающиеся территории промпредприятий, выводимых из населенных мест, под строительство, а также улучшить продуктивность и санитарное состояние почв, качество поверхностного стока и грунтовых вод в ареале загрязнения. Применение данной технологии позволяет получить значительный эколого-экономический эффект - суммарный предотвращенный ущерб от химического загрязнения почв и водной среды составляет 209416 руб./га в год в ценах 2006 г.

Рекомендации по детоксикации почв с помощью разработанной технологии реализованы в ряде проектов ОАО «Институт «Ростовский Водоканал-проект», РостгипроНИИстройдормаш, ОАО УК «Ростовгипрошахт», используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ).

На защиту выносятся следующие положения:

- использование под новое строительство загрязненных территорий, освобождающихся после вывода промпредприятий из населенных мест, требует проведения эколого-экономического обоснования технологии детоксикации почв и грунтов;

- отходы углеобогащения и угледобычи обладают ионообменными и сорбционными свойствами, обусловленными их химическим составом, и могут применяться в качестве относительно дешевого и эффективного детоксиканта для снижения уровня загрязнения почв ПАУ и тяжелыми металлами;

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на: 7-й Международной научной конференции «Биосфера и человек: Проблемы взаимодействия» (Пенза, 2003 г.); 53-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2004); Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования» (Новочеркасск, 2004 г.); Ежегодной научно-практической конференции института инженерно-экологических систем РГСУ (Ростов-на-Дону, 2002 - 2006 гг.); 54-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2005); конференции аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) «Студенческая научная весна - 2005» (Новочеркасск, 2005); II Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Российской Федерации «Иннов-2005» (Новочеркасск, 2005); выставке «Промышленный потенциал юга России», Ростов - 2005 г.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Попова, Юлия Александровна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

4. Установлен вклад каталитических и сорбционных составляющих для отходов углеобогащения в процесс детоксикации почв и почвогрунтов с уче-' том климатических факторов.

6. Разработана и внедрена в опытно-промышленных условиях технология детоксикации антропогенно-нагруженных территорий от загрязнения ПАУ и тяжелыми металлами.

7. Оценена экономическая эффективность использования отходов углеобогащения по предотвращенному ущербу окружающей среде при попадании-загрязняющих веществ в почву и водоемы, а также по ущербу от заболеваемости населения. Предотвращенный ущерб от химического загрязнения почв составит 185687руб./год, водной среде - 23729 руб./год при внесении детоксикантов на 1 га, предотвращенный ущерб от заболеваемости - 5023264 руб./год (в ценах 2006 г.).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Попова, Юлия Александровна, Новочеркасск

1. Вернадский В.И. Избранные сочинения: В 6 т. М.: АН СССР, 1954.

2. Перельман А.И. Геохимия ландшафта и экология // Экология: опыт, проблемы, поиск. Новороссийск, 1991.

3. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия : учебник. М.: Логос, 2000. - 627 с.

4. Алексеенко В.А. Введение в экологическую геохимию. Краснодар: КГТУ, 1994.

5. Алексеенко В.А. Химические элементы в биосфере. Краснодар: КГТУ, 1997.

6. Алексеенко В.А. Распределение химических элементов в литосфере и живые организмы // Научная мысль Кавказа. 1997. - № 2. - С. 63-70.

7. Коробкин В.К, Переделъский JJ.B. Экология. Ростов н/Д : Изд-во «Феникс», 2000. - 576 с.

8. Лозановская И.Н. и др. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова. М.: Высш. шк., 1998.-287 с.

9. Экологический вестник Дона «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2004 году». Ростов н/Д, 2005. - 100 с.

10. Пабат и др. Поверхностный сток и смыв почвы на склонах в зависимости от возделываемой культуры // Почвоведение. М.: 1976. - № 2. - С. 120-125

11. Оценка загрязнения атмосферного воздуха города Новочеркасска в результате выбросов Новочеркасского электродного завода : отчет о НИР (заклюй.):-М., 1992.-33 с.

12. Экология Новочеркасска. Проблемы, пути решения. Ростов н/Д : Изд-во СКНЦ ВШ, 2001.-412 с.

13. Комплексное загрязнение почв города Новочеркасска / H.A. Богуш, Л.М.Родионова // Мелиорация антропогенных ландшафтов Новочеркасск: НГМА, 1996. -Т.6. Эколого-экономические проблемы городов Ростовской области. - С. 3-7.

14. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: пер. с нем. М.: Мир, 1997. - 232 с.

15. Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. М.: МАИК «Наука/Интер периодика», 2001. - 365 с.

16. Проблемы очистки геологической среды от загрязнений / В.А. Королев, М.А. Некрасова, C.JI. Полищук, Д.В. Доброва. // «Ломоносовские чтения»:

17. Тез. докл. ежегод. науч. конф. (Москва, 23-29 апр. 1997 г.). М.: Изд-во МГУ, 1997.-С. 130-131.

18. Hansen H.K. et al. Electrodialytic remediation of soil polluted with heavy metals. Key parameters for optimization of the process / H.K. Hansen, L.M. Ottosen, B.K. Kliem. // ICHEME Symposium Series. 1999. - №145. - P. 201-209.

19. Jensen J.B. et al. Electrokinetic remediation of soils polluted with heavy metals. Removal of Zinc and Copper using a new concept / J.B. Jensen, V. Kubes, M. Kubal.//Environmental Technology. 1994.-Vol. 15.-P. 1077-1082.

20. Khan L.I., Alam M.S. heavy metal removal from soil by coupled electric. Hydraulic gradient / L.I. Khan, M.S. Alam // ASCE, J. Environmental Engineering. -Dec. 1994. P. 1524-1545.

21. Корте Ф., Бахадир M. Экологическая химия / Пер. с нем. под ред. Ф. Корте, -М.: Мир, 1996.-396 с.

22. Доусон Г., Мерсер Б. Обезвреживание токсичных отходов / Сокр. пер. с англ. В.А. Овчаренко. М.: Стройиздат, 1996. - 288 с.

23. Афанасьев С.А., Займов Г.Е. В мире катализа. -М.: Наука, 1977.

24. Шевченко М.А. Химия и технология воды. 1980. - №5. - С. 440.

25. Каталитические реакции и охрана окружающей среды / А .Я. Сычев, С.О. Травин, Г.Г. Дука, Ю.И. Скурлатов; Отв. ред. д-р хим. наук Д.Г. Батыр. -Кишинев : Штиинца, 1983. 272 с.

26. Алферова Л.А., Алексеев A.A. Химическая очистка сточных вод в производстве сульфатной целлюлозы. М.: Лесная промышленность, 1968. -36 с.

27. Ъ%.Prather V.B-J. //Water Pollut. Contr. Fed. 1970. - №4. - P. 596.

28. Моделирование поведения пестицидов с помощью «АРМ-модели» / В.А. Борзилов и др. // Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде: Тез. докл. сов.-амер. симпозиума. Ереван, 1981. - С. 54.

29. Проверка модели разложения и переноса токсичных веществ / Дж. Шнуур // Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде : Тез. докл. сов.-амер. симпозиума Ереван, 1981. - С. 60.

30. Опробование «модельной испытательной системы» / Р. Ласситер // Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде : Тез. докл. сов.-амер. симпозиума. Ереван, 1981.-С.44.

31. Прогресс в описании процессов, определяющих уровень концентрации пестицидов в водных системах / Дж. Бокман, C.B. Кариков, Д.Ф. Парис // Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде : Тез. докл. сов.-амер. симпозиума. Ереван, 1981. - С.6.

32. Роль микроорганизмов в разложении пестицидов в окружающей среде / Л.А. Головлева, З.И. Финкельштейн, Р.Н. Перцова // Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде : Тез. докл. сов.-амер. симпозиума. Ереван, 1981.-С.21.

33. Альтшулер И.И., Ермаков Ю.Г. Региональные особенности загрязнения атмосферы Земли. -М., 1974. 103 с.

34. Владимиров Б.В., Алексашина В.В. Экологические проблемы антропогенного воздействия на городскую среду // Итоги науки и техники. Сер. Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. М.: ВИНИТИ, 1988. - Т. 22.-С. 83-98.

35. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. — М.: Высшая школа, 1988. 266 с.

36. Рэуце К., Кырстя С. Борьба с загрязнением почвы. М.: Агропромиздат, 1986.- 123 с.

37. Реутов В.А. Использование бурых углей Днепровского бассейна // Гумино-вые удобрения. Теория и практика их применения. — Днепропетровск, 1962. Т. 72. - С. 445-467.

38. Минеральная база углей Восточного Донбасса /Бранчугов В.А., Жигуленкова А.И., Журбицкий Б.И. и др.; под.ред. Е.Я. Диколенко. Ростов н/Д: Изд.-во СКНЦ ВШ, 2003. - 264 с.

39. Минимизация антропогенного воздействия поверхностного стока с терриконов на бассейн водосбора: Дис.канд.техн.наук: 25.00.36. /Трушкова Екатерина Алексеевна. Новочеркасск, 2003.

40. Гипич Л.В.Особенности вещественного состава отвальных пород шахт Восточного Донбасса и новые направления их использования: Афтореф.канд. геол.-минер, наук. Ростов н/Д, 1998. - 20 с.

41. Советский энциклопедический словарь: ок. 80 000 слов. / Гл.ред. А.М. Прохоров. 4-е изд. - М.: Сов. Энцикл., 1986. - 1599 с.

42. Породы отвалов угольных шахт как нетрадиционная сырьевая база для промышленности / Г.Ю. Коломенский, Л.В. Гипич // Обогащение руд. 2000. -№3 - С. 40-43.61 .Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. М.: Колос, 1984. - 223 с.

43. Шпирт М.Я. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. -М.: Недра, 1986. -255 с.

44. Буравчук Н.И., Рутьков K.M.Переработка и использование отходов добычи и сжигания угля. Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 1997. - 223 с.

45. Бутовецкий B.C. Охрана природы при обогащении углей: справочное пособие. -М.: Недра, 1991.-231 с.

46. Якунин В.П., Агроскин A.A. Использование отходов обогащения углей. М.: Недра, 1978.- 167 с.

47. И.Кухаренко Т. А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. М.: Недра, 1972.

48. Лебедев Е. Теоретические основы действия физиологически активных веществ и эффективность удобрений их содержащих: Материалы Всесоюзной науч. конф., 14-17 июня 1967 г. Днепропетровск, 1969.-С. 118-128.

49. Лозановская КН., Луганская И.А. Биологические науки 1991. - №10. - С. 155-160.

50. Безуглова О. С. и др. Почвоведение. 1996. - №9. - с. 1103-1106.

51. Возможности применения бурого угля для детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами / A.B. Шестопалов, О.С. Безуглова //Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. 2000. - №2. - С. 88-91.

52. Трушкова Е.А. Особенности вещественного состава отвальных пород угольных шахт и новые направления их использования : Материалы 5-й Международной научно-практической студенческой конференции Рост.экон.гос.акад. Ростов н/Д, 1999. - С. 110-111.

53. Ъ2.Трушкова Е.А. Минимизация антропогенного воздействия поверхностного стока с терриконов на бассейн водосбора: Автореф.дис.канд.техн.наук. -Новочеркасск: НГМА, 2003. 24 с.

54. МУ 2.1.7.730-99 (утв. Минздравом РФ 07.02.1999). Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Методические указания.

55. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб.

56. РД 52.24.495-95 Методические указания. Определение рН и удельной электрической проводимости поверхностных вод суши.

57. РД 52.54.486-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах аммиака и ионов аммония с реактивом Несслера.

58. РД 52.54.421-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах железа общего с 1,10-фенантронилом.

59. РД 52.54.421-95 Методические указания. Методика выполнения измерений химического потребления кислорода в водах.

60. РД 52.54.382-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах фосфатов и полифосфатов.

61. РД 52.24.380-95 Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации нитратов в водах фотометрическим методом с реактивом Грисса после восстановления в кадмиевом редукторе.

62. РД 52.24.393-95 Методические указания. МВИ массовой концентрации натрия и калия в поверхностных водах суши пламенно-фотомтрическим методом.

63. РД 52.24.381-95 Методические указания. Фотометрическое определение в водах нитритов с реактивом Грисса.

64. РД 52.24.440-95 МВИ массовой концентрации суммы 4-7 ядерных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в водах с использованием тонкослойной хроматографии и люминесценции.

65. ПНД Ф 14.1:2.52-96 МВИ массовой концентрации хрома в пробах природных и сточных вод методом с дифенил-карбазидом.

66. СанПиН 2.1.7.573-96 «2.1.7. Почва. Очистка населенный мест. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» ;

67. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: учеб. пособ. для студ. ВУЗов. М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2001.-288 с.

68. Шульц ММ., Писаревский A.M., Полозова И.П. Окислительный потенциал. Теория и практика. Л.: Химия, 1984. - 168 с.

69. Беспалова Ж.И., Смирнова Н.В., Любушкин В.И. Поверхностные явления и адсорбция: учеб. пособ. Новочеркасск., Набла, 1999. - 74 с.103 .Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. - 230 с.

70. Адамсон А. Физическая химия поверхности. М.: Мир, 1979. — 564 с.

71. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. -М.: Высшая школа, 1972. 208 с.

72. Руководство к практическим работам по коллоидной химии / О.Н. Григо-ров, И.Ф. Карпова, З.П. Козьмина. Изд. 2-е, переработ, и доп.- M.-JL: Химия, 1964.-216 с.

73. Физическая химия: учебное пособие для ВУЗов / И.Н. Годнев, К.С. Краснов, Н.К. Воробьев и др. М.: Высш. шк., 1982. - 687 с. - (Высш. образование)

74. Адсорбция органических веществ из воды / A.M. Когановский, H.A. Клименко, Т.М. Левченко, Рода И.Г. Л.: Химия, 1990. - 256 с.

75. Роль почвенного покрова в аккумуляции и миграции полициклических ароматических углеводородов при техногенном загрязнении / О.Н Горобцо-ва. и др.// Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. 2005. -№1. - С. 73-78.

76. Скуратов Н.С. Влияние атмосферного загрязнения промышленными предприятиями на плодородие почв г.Новочеркасска и прилегающих к нему территорий // Промежуточный отчет, 1992. С.52.

77. Геннадиев А.Н. и др. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в горных породах и почвах. М.: Наука, 1996. - 254 с.

78. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений / В.Ж.Арене, А.З. Савушкин, О.М. Гридин, А.О. Гридин. М.: Интербук, 1999. - 371 с.

79. Новогрудский Д.М. Почвенная микробиология. Алма-Ата: Изд-во академии наук Казахской ССР, 1956. - 402 с.

80. Орлов Д.С. Химия почв: учебник. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1985. - 376 с.

81. Химическое загрязнение почв и их охрана: словарь-справочник / Д.С. Орлов, М.С. Малинина, Г.В. Мотурова и др. М.: Агропромиздат, 1991. - 303 с.

82. Детоксикация почв и грунтов от ксенобиотиков / Ю. А. Попова, Л.П. Сер-гиенко, А.Н. Слюсарева // Биосфера и человек. Проблемы взаимодействия: сборник материалов VII Международной научной конференции. Пенза,. 2003.-С. 143-145.

83. Почвоведение / И.С. Кауричев, JI.H. Александрова, Н.П. Панов и др. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1982. - 496 с. - (Учеб. и учеб. пособие для высш. с.-х. учеб. заведений)

84. Гречищева Н.Ю. Взаимодействие гумусовых кислот с полиядерными ароматическими углеводородами: химические и токсикологические аспекты: Автореф.дис.канд.хим.наук. М.: 2000.-29 с.

85. Диагностические критерии самоочищения почвы от нефти / H.A. Киреева, Е.И. Новоселова, Г.Ф. Ямалетдинова // Экология и промышленность России, декабрь. 2002.-С. 34-35.

86. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (утв. Минприроды РФ, Роскомземом 27.12.1993).

87. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба (утв. Госкомэкологии РФ 09.03.1999).

88. Нормативы материально-денежных и трудовых затрат в растениеводстве / В.В. Кузнецов, В.В. Гарькавый, Н.Ф. Гайворонская, Г.В. Григорьева. Ростов н/Д. - 2002. - 295 с.

89. Мурзин АД. Совершенствование механизма эколого-экономической оценки городской земельной недвижимости в условиях развивающегося земельного рынка: Автореф.дис. .канд.эконом.наук. Ростов н/Д, 2005. - 22 с.

90. Российская Федерация. Законы. Об охране окружающей природной среды; федер. закон 10.01.2002 г. №7-ФЗ (в ред. 31.12.2005 г.)

91. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 16.04.2003)

92. Беспамятнов Г.П., Коротков Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: справочник. Л.: Химия, 1985. -528 с.

93. ГН 2.1.7.2042-06 "Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19.01.2006 г.).

94. ГН 2.1.7.2041-06 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19.01.2006 г.).

Информация о работе

Попова, Юлия Александровна
кандидата технических наук
Новочеркасск, 2006
ВАК 03.00.16

Диссертация

Детоксикация антропогенно-нагруженных территорий, загрязненных полициклическими ароматическими углеводородами и тяжелыми металлами, с последующим использованием под строительство - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы