Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Научно-технические основы совершенствования системы мониторинга, управления экологической безопасностью и процессами биоочистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Научно-технические основы совершенствования системы мониторинга, управления экологической безопасностью и процессами биоочистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса"

UU345976 1

На правах рукоц

КИРСАНОВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА, УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ И ПРОЦЕССАМИ БИООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

03.00.16 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

? RHR

j -

г* f\f

Г'1

Казань-2008

003459761

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Казаньоргсиитез»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Защита состоится 4 февраля 2009 г в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 68, зал заседаний Ученого совета (А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Мелконян Рубен Гарегинович

доктор технических наук, профессор Махоткин Алексей Феофилактович

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Остроумов Сергей Андреевич

Ведущая организация - ОАО «Химпром», г. Новочебоксарск

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В резолюции III Всероссийской конференции «Новые приоритеты национальной экологической политики в реальном секторе экономики» (Zt нояоря zuu/i. мисква, кремль) ivutuJicuMjj^diwi. «Экологически неблагополучными признаются 2,5 млн.км2 или 15% территории России, где проживает 2/3 населения страны, около 25% заболеваемости населения обусловлено загрязнением окружающей среды, при этом загрязнение источников водоснабжения оказывает самое сильное негативное воздействие на здоровье населения. Загрязненная вода вызывает до 80% всех известных болезней, в том числе заболеваний эндокринной, кроветворной, пищеварительной, мочеполовой систем организма человека, на 30% ускоряет процесс старения».

Вклад предприятий нефтехимического комплекса (НХК) в суммарное воздействие промышленности России на водный бассейн, по данным государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды РФ в 2006г.», составляет 1852,1 тыс.т. или более 10% всех сбросов. С учетом многокомпонентности состава и токсичности большинства ингредиентов химически загрязненных сточных вод антропогенная нагрузка на водоемы значительно превосходит официально опубликованные данные по предприятиям НХК.

По оценкам Европейской комиссии по инвентаризации химических веществ (EJNECS) 90% веществ используемых в промышленности и в быту не имеют никакой таксономической информации. Действующее в России водное законодательство основывается на стандарте сброса сточных вод, учитывающем соблюдение предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ (ЗВ). Регламентация качества сточных вод по ПДК экологически недостаточно обоснована, так как применяемые для оценки физико-химические показатели не учитывают экологическое состояние водоема, возможные процессы синергизма, антагонизма, аддитивности поллютантов и суммации сбросов всех водопользователей.

Идеология минимизации отрицательного воздействия на окружающую природную среду (ОПС) в настоящее время все более приобретает тенденцию к предотвращению образования отходов непосредственно в самом производстве (Prevention Pollution). Данная идеология с максимальной эффективностью может быть реализована строящимися предприятиями, но большинство функционирующих предприятий НХК в новых условиях производства с высокой конкурентоспособностью вынуждены увеличивать объемы и ассортимент продукции, что в свою очередь увеличивает сбросы с технологических установок по количеству, концентрации в штатных технологических режимах и возрастает вероятность нештатных залповых сбросов. Отсутствие на предприятиях НХК концепции определяющей стабилизацию образования отходов (сбросов) в технологической установке и снижение воздействия на сбросе не позволяет эффективно использовать

потенциальные технические возможности предприятий по уменьшению антропогенной нагрузке на ОПС.

Существующая на предприятиях отрасли система анализов по технологической схеме образования, транспортирования и трансформации ЗВ в сбросах, выбросах не является полноценным мониторингом, так как не учитывает время распространения поллютантов и не оценивает влияние сбросов на водоем по гидробиологическим показателям.

Отсутствие в отрасли эффективных и малозатратных методов безреагентного обеззараживания сточных и применение хлора, приводит к дополнительному загрязнению водоемов свободным хлором, хлоропроизводными, обладающими канцерогенными, мутагенными, токсичными свойствами.

Отсутствие технико-профилактической работы по обеспечению экологической безопасности, основывающейся на концепции единства экологической безопасности как структурной составляющей промышленной безопасности.

Отсутствие методологии интенсификации биологической очистки, адаптированной к возросшим нагрузкам по количеству сточных вод, концентрации ЗВ на предприятиях НХК и увеличивающейся объективной необходимостью уменьшения антропогенной нагрузки на водоемы.

Научная концепция работы заключается в создании системы обеспечения стабшизауии и уменьшения сбросов ЗВ в штатных и аварийных режимах работы предприятия НХК в условиях увеличивающихся объемов и ассортимента производства.

Целью данной диссертационной работы является совершенствование системы мониторинга, управления экологической безопасностью и процессами биоочистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса, заключающееся в многоуровневом комплексном мониторинге поллютантов загрязнения ОПС, а также в разработке и реализации на его основе технических и управленческих решений по интенсификации биоочистки сточных вод.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

• проведением многоуровневого мониторинга состава сточных вод по всей технологической цепочке образования, транспортирования, а также превращения ЗВ от технологической установки до сброса в водоем в соответствии международным стандартом ИСО 14001 (ГОСТ Р ИСО 140012007);

• повышением результативности проведенного мониторинга за счет выполнения физико-химических и биологических анализов по уровням мониторинга с учетом времени распространения, численного определения интегрального показателя сбросов и оперативной эколого-профилактической работы;

• комплексного мониторинга водоема по химическим и биологическим показателям и мониторинга здоровья населения, проживающего в районе сброса;

• последовательным выполнением разработанной методологии интенсификации биоочистки сточных вод.

Научная новизна работы состоит в следующем:

-г—радрабстан—'"•"'""»т"1-'" "^огоуповневый мониторинг

сбросов загрязняющих веществ со сточными водами по технологической цепочке - от источника загрязнения до водоема — с учетом времени распространения, позволяющий проследить изменения концентрации поллютантов во времени и на основании индекса экологической значимости оценить экологическую безопасность компонентов сточных вод для сброса в водоем.

• Разработана схема определения допустимой антропогенной нагрузки со сточными водами предприятия НХК на водоем по результатам интегрального физико-химического и биологического мониторинга очищенных сточных вод.

• Впервые разработана система оценок преданомальных и аномальных производственных ситуаций предприятий НХК по расширенной шкале, позволяющая минимизировать развитие отклонения в технологическом процессе в инцидент и предотвращающего загрязнение окружающей среды.

• Для предприятия НХК разработана методика трехступенчатой технико-профилактических мероприятий по систематизации и повышению уровня экологической и промышленной безопасности.

• Впервые исследовано и методически обосновано влияние равномерно - рассредоточенного распределения потоков химстока и активного ила в аэротенках, позволяющее выровнять распределение кислорода, также сорбцию загрязняющих веществ активным илом. Применение указанного метода для интенсификации биоочистки позволило снизить ХПК на 15,7 %, токсичность - на 18,0%, фенол - на 0,002 мг/дм3, скорость окисления увеличить на 0,39 мг ХПК г/час.

• Впервые для предприятий НХК разработан промышленный способ безреагентного обеззараживания сточных вод, позволяющий исключить обработку хлором.

Практическая значимость работы.

• В соответствии с международным стандартом ИСО 14001 (ГОСТ Р ИСО 14001-2007) разработан двухстадийный пятиуровневый мониторинг сбросов, выбросов загрязняющих веществ по технологической цепочке образования и трансформации ЗВ с учетом времени распространения, основанный: на непрерывном круглосуточном мониторинге за сбросами, выбросами на технологической установке; периодическом комплексном мониторинге на конечной стадии распространения в водоеме; на расчетном определении индекса экологической значимости (1э з ) сбросов, выбросов.

Указанный мониторинг позволяет стабилизировать в условиях повышенных нагрузок на технологические установки сброса, выброса, способом оперативного выявления и локализации источников сбросов, выбросов.

• На основании проведенных комплексных исследований по физико-химическим и биологическим показателям водоема в месте выпуска сточных вод показано, что разработанный способ мониторинга позволяет определить уровень антропогенной нагрузки, базируясь на котором необходимо принимать целенаправленные (точечные) инженерные решения по минимизации сбросов.

• Проведенный мониторинг заболеваемости населения, проживающего в районе сброса сточных вод, позволяет оценить влияние на здоровье населения загрязняющих веществ, в том числе хлоропроизводных, образуемых при обеззараживании хлором сточных вод предприятий.

• Впервые разработанная для предприятий НХК трехступенчатая технико-профилактическая работа по систематизации и повышению эколого-промышленной безопасности, позволяет стабилизировать работу технологических установок и уменьшить сбросы, выбросы загрязняющих веществ.

• Впервые разработанная методика двухэтапной проверки знаний, включающая теоретическую проверку и реализацию технологического процесса в соответствии с требованиями экологических норм позволяет повысить эколого-промышленную безопасность.

• Разработан способ безреагентного обеззараживания сточных вод малозатратным, безопасным, эффективным применением естественных процессов взаимоотношений микроорганизмов по трехстадийной технологии позволяющий достигать эффективности по ОКБ до 97,5%, ТКБ до 99,4%.

• Впервые предложенная расширенная градация оценок пред аномальных и аномальных производственных ситуаций предприятий НХК позволяет идентифицировать инциденты и аварии для разработки технико-профилактических мероприятий; введение градации -предотклонение минимизирует развитие отклонения в технологическом режиме в инцидент и далее в аварию и предотвратить сброс, выброс загрязняющих веществ в ОПС.

• Для определения возраста активного ила на основании проведенных в работе исследований использован поправочный коэффициент, учитывающий колебания нагрузок, характерные для предприятий НХК. Выявленная закономерность изменения степени деструкции от возраста ила позволило оперативно регулировать работу аэротенка при залповых сбросах химстоков изменением количества отводимого избыточного ила.

• Определенное в результате исследований оптимальное соотношение подачи активного ила и химстока в аэротенк, позволило применить для регулирования биоочистки в штатных и аномальных режимах работы технологических установок.

• В результате исследования влияния на процесс биоочистки концентрации активного ила, кислорода, температуры показаны оптимальные их значения для стабилизации работы аэротенков в различных условиях по сбросам загрязняющих веществ.

• Показана возможность применения сорбционно-десорбционной способности активного ила для оперативного определения полноты биоокисления отдельных поллютантов и выявления оптимального времени

...........I

Результаты исследования внедрены, приняты к внедрению и используются в ОАО «Казаньоргсинтез», г.Казань; ОАО «Нижнекамскнефтехим», г.Нижнекамск; ОАО «Нефтехимсэвилен», г.Казань; ОАО «Казанский завод СК», г.Казань; ЗАО «Технориск», г.Саратов; ЗАО «Бюро Веритас Сертификейшн Русь», г.Москва; ОАО «Татэнерго», РТ; Управлении по технологическому и экологическому надзору РФ по РТ; Министерстве экологии и природных ресурсов Республики Татарстан, г.Казань; учебном процессе кафедры прикладной экологии Казанского государственного университета, г. Казань; учебном процессе кафедры инженерной экологии Казанского технологического университета, г.Казани; учебном процессе кафедры общей химии и экологии Казанского государственного технического университета им. Туполева, ООО НПП «Нефтехимия», г.Москва, ОАО «Омский каучук», г.Омск.

В результате использования указанных в диссертационной работе методических разработок по интенсификации биоочистки сточных вод предприятия НХК вследствие снижения антропогенной нагрузки на водоем получен эколого - экономический эффект в размере 512 011 559 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационный работы докладывались на международной конференции «Глобальные проблемы экологизации в Европейском сообществе» г.Казань, 2006г.; региональной научной конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды» г.Чебоксары, 2006г.; научной конференции «Промышленная экология и безопасность», г.Казань, 2006г.; второй научно-практической конференции «Современные тенденции и направления в химических производствах», г.Екатеринбург, 2006г.; на научных семинарах кафедры инженерной экологии КГТУ, г.Казань; Кафедре общей химии и экологии КГТУ им. Туполева, г.Казань; Кафедре прикладной экологии КГУ, г.Казань; научной конференции «Промышленная экология и безопасность», г.Казань, 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 работы, в том числе 2 монографии, 16 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Результаты исследования защищены двумя патентами РФ на изобретения и тремя авторскими свидетельствами РФ на изобретения.

Список публикаций приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. В диссертации обобщены результаты исследований за 1986 - 2008 гг., идея которых принадлежит автору, и в получении которых автор принимал непосредственное участие.

Все основополагающие результаты, представленные в диссертации, и основная часть экспериментальных результатов получены автором лично. Соавторы не возражают против использования результатов исследования в материалах диссертации по тем методическим разработкам, которые опубликованы в соавторстве.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных результатов работы, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 246 страницах машинописного текста, включающего 54 таблицы, 68 рисунков и фотографий, список литературы включает 256 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, сформулирована цель исследований, изложены научные и практические результаты, выносимые на защиту.

Глава 1. Система мониторинга природоохранной деятельности предприятий нефтехимического комплекса

1.1. Проанализирована сложившаяся в настоящее время экологическая ситуация в мире, в России, в республике Татарстан, на предприятиях отрасли НХК.

Приведенные данные физико-химических анализов сточных вод после БОС предприятия НХК с 1995г. по 2007г. свидетельствуют о превышении концентрации некоторых поллютантов предприятия органического синтеза выше ПДК.

Среднегодовые значения результатов физико-химических анализов воды водоема в районе выпуска сточных вод предприятия органического синтеза за 1995-2007гг. также констатируют превышение фоновых концентраций водоема по ХПК, СПАВ, меди, алюминию, азоту аммонийному, азоту нитритов и нитратов, железу. Но оценка качества воды по физико-химическим показателям, регламентируемым в России, не в полной мере является объективной, так как не учитывает фоновые факторы воздействия, синергизм, аддитивность, антагонизм отдельных поллютантов. Поэтому, даже на основании химических показателей, не превышающих ПДК, нельзя делать выводы об отсутствии влияния ЗВ на водоем и, прежде всего - с биологической точки зрения.

Одной из задач данной работы было разработка схемы определения антропогенной нагрузки на водоем по результатам комплексного физико-химического и биологического мониторинга района выпуска СВ.

Предложенной схемой предусмотрено сочетание физико-химических и биологических методов: а) физико-химический анализ воды водоема в месте выпуска сточных вод (блок 1, рис. 2); б) биоиндикационный анализ бактериопланктона, фитопланктона, зоопланктона, зообентоса (блоки 3-6 на рис. 2); в) оценка самоочищающей способности водоема по индексу мощности биохимического самоочищения (ИБС - I) и соотношению продукционных (А) и деструкционных (Я) процессов (блок 7, рис. 2); г) токсилогической характеристики воды и донных отложений (ДО) (блок 8, рис. 2).

Результаты физико-химических анализов показывают влияние отдельных поллютантов на водоем в месте выпуска сточных вод предприятия НХК.

Важным элементом водной экосистемы является бактериопланктон, осуществляющий процессы минерализации органических веществ, в т.ч. аллохтонного происхождения. Микробиологический анализ (рис.1) показал уменьшение оощсю микриитлч щщи » .у^-..» данрафптшлк бактгрпп а

ряду: станция №3 -> станция №1 -» станция №2. Воду выше и ниже места выпуска можно охарактеризовать как полисапробную, в месте выпуска - как а-мезосапробную.

г—ппми Количество сапрофитных бактерий

Рис.1. Общее количество микроорганизмов и количество сапрофитных бактерий на станциях наблюдения (№1 - 500 м выше, №2 - место выпуска, №3 - 500 м ниже выпуска)

Состояние фитопланктонного сообщества характеризует интенсивность продукционных процессов, протекающих в водоеме. В зоне воздействия сточных вод на водоем отмечено некоторое снижение численности и биомассы фитопланктона (станция №3).

Величины индекса ИБС (табл.1) характеризуют средний уровень (мощность) самоочищающей способности воды в зоне выпуска сточных вод, причем в ряду станция №1 станция №2 -» станция №3 ИБС возрастает.

Таблица 1

Показатели индекса мощности биохимического самоочицения и

продукционио-десгрукциониые характеристики в зоне воздействия сточных вод

Показатель Станция №1 Станция №2 Станция №3

Величина продукции (А), мг СЬ/л 0,503 ¿0,179 0,409 ±0,238 0,569 ±0,212

Величина деструкции (К), мг Ог/л 0,169 ±0,101 0,284 ±0,146 0,377 ±0,073

А/Я 2,9 1,4 1,5

Индекс биохимического самоочищения,} 0,398 ±0,017 0,404 ±0,005 0,411 ±0,050

Следующий показатель, характеризующий интенсивность самоочищения в водоеме, - соотношение продукционных и деструкционных характеристик (А/Я). Результаты исследования позволили предложить схему определения экологически допустимой нагрузки при поступлении ЗВ в составе сточных вод на водоем (рис.2). В случае отклонения показателей в месте выпуска по сравнению с контрольными створами необходимо добиваться снижения содержания этих показателей в сточной воде.

Рис. 2. Схема обоснования допустимой нагрузки при поступжнии приоритетных компонентов сточных вод в водоем («+» - наличие отклонения от показателей в контрольных створах, «-» - отсутствие отклонения от показателей в контрольных створах).

1.2. Предложен мониторинг природоохранной деятельности, который обеспечивает: 1) непрерывный и периодический контроль по всем зонам (уровням) распространения ЗВ с учетом времени запаздывания (распространения)-, 2) три уровня контроля за сбросами - после технологической установки, после локальной очистки, на промплощадке в общем коллекторе и два уровня контроля, обеспечивающих комплексный мониторинг за влиянием на водоем; 3) непрерывный контроль воздуха на внешней границе СЗЗ;

Система мониторинга включает две стадии: Т стадия — пятиуровневый приборно-лабораторный контроль (оперативный мониторинг) (рис. 3, табл.2); 1Т стадия - определение индекса экологической значимости (статистическо-аналитический текущий и перспективный мониторинг).

1 уровень (0 час.) II уровень (0-1 час.)

час.)

Сбросы

IV уровень (2-24 час.)

V уровень (24-30 час)

I

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

час

I уровень

(Омин.)

Выбросы

IV уровень

II vDOBeHb ШУР°вень (ЗО-бОмин) 11 уровень (15-30мин) v__

(0-15мин.) ___-

V уровень (60-90мин)

Рис.3. Линейно-сетевой график контроля поллюгантов по уровням в сбросах, выброс®.

Таблигр 2

Уровень Сбросов (стоки) Выбросов (воздух)

Точки контроля Время контроля (отсчет от1го уровня), час Точки контроля Время кошроля (отсчет от Ire уровня), час

I Технологическая установка (мониторинг после установки) 0 Технологаческая установка (мониторинг работы установки) 0

П Локальная очистка (мониторинг после очистки) 1 Локальная очистка (мониторинг после фильтров, циклонов, скрубберов; ЛГУ) 0,25

III Коллектор стоков (мониторинг смешанных стоков) 2 Промплощадка предприятия (мониторинг воздуха предприяпшя) 0,5

IV Централизованная очистка (очистные сооружения -механическая и биологическая очистка) (мониторинг очистки) 24 Санитарно-защитная зона (мониторинг в санитарно-защипиюй зоне) I

V Сброс в водоем (анализ в месте рассеивания выше и ниже на 500 м точки сброса) (мониторинг и оценка влияния сбросов на водоем) 30 Атмосфера за границей СЗЗ (мониторинг подфакельных наблюдений) 1,5

1Г стадия мониторинга заключается в определении 133, расчетным путем по разработанной методике:

1. 4з представляет суммарную экологическую опасность объекта (технологического цеха, установки) и интегрируется тремя составляющими -жидкими сбросами (Кс- - коэффициент сброса); газообразными выбросами (Кат -коэффициент выброса); твердыми промышленными отходами (Ктот. -коэффициент твердых отходов).

¿эд = Кл- + Кп- + Ктот (1)

2. Значение каждого из коэффициентов (Кст., Кат., Ктог) зависит от: а) показателя П11р; б) критерия Эп и показателя П„р характеризующих значимость нарушения нормативов природопользования и продолжительность воздействия на окружающую природную среду (определяются по разработанным таблицам); в) концентрации ингредиента (К2), определяется по формуле (3).

Коэффициенты К^, Ках, Ктот. определяются как произведение коэффициента: расчетного К] и фактического К2 (К=К!К2).

Расчетные коэффициенты (Кем, Кать КТ0Т1) определяются по формуле:

и

К,=£ПнрЛ*Эп (2)

м

где N - количество показателей, по которым были нарушения сбросов, выбросов.

Показатели фактических сбросов, выбросов К2 вычисляются по формуле:

К2 = (Стах + Ст!п)/(2-Сн) (3)

где Стах, Ста - максимальная, минимальная концентрации ЗВ в сбросе, выбросе; Сн - регламентная норма (ПДС, ПДВ, ВСС) содержания ЗВ в воде, воздухе.

1.3. Дана оценка воздействия ЗВ водоема рыбохозяйственного назначения на здоровье населения. На современном этапе ответную реакцию организма на воздействие факторов риска, связанных с состоянием компонентов экологической системы принято оценивать по частоте заболеваемости. Выявлена связь между дозой хлора и развитием рака желудка и рака кишечника. В воде водоемов всегда имеются гуминовые вещества природного и антропогенного происхождения, которые взаимодействуют с хлором, образуя также хлорорганические вещества. Считают, что большинство хлорсодержащих веществ обладают мутагенным эффектом и с их поступлением в организм связывают изменение частоты хромосомных аббераций и увеличение частоты онкологических заболеваний. Все указанные и другие отрицательные для экосистемы последствия воздействия хлора и его соединений не могли не повлиять на состояние здоровья населения проживающего в прилегающих к месту сброса сточных вод в водоем районах: В.Услонского, Лаишевского, Камско-Устьинского. В таблице 3 показаны данные заболеваемости по злокачественным новообразованиям.

Подтверждением увеличения концентраций хлорпроизводных соединений, токсичности и мутагенного эффекта с увеличением времени

после контакта хлора со сточными водами являются данные исследований представленные на рис.4 и в таблице 4.

^_Таблица 3

Особенности течения злокачественных новообразований

Показатели В. Услонский район Лаишевский район К. Устьинский район Респу Тэта] блика эстан

19962000гг. 20012006гг 19962000гг 20012006гг 1996-2000п^ 20012006гг 19962000гг 20012006гг

Смертность на 1000 населения 2,9±0,9 2,4±0,6 2,0±0,6 2,1±0,7 2,5±0,5 2,4±0,6 1,6±0,8 1,8±0,7

Летальность на первом году после установления диагноза, % 53±7,5 51±8 5б±9 48±7 47±9 46±8 41±6,2 43±7,8

Показатели запущенности, % 43±5 36±6 37±9 38±7 31±7 33±8 29±6 31±7,1

14

10

2-

13,4

12,7

5,8 щ 6,4 £

ш ш

ш

0.19^ 0.37 0,26^ ЯЯ г—

□ Хлорэтил

ЕДихлорметан

0 Метилхлоро форм

Хлороформ

Средняя величина

Рис.4. Хлорпроизводные соединения в сточных водах предприятия органического синтеза после полной очистки и через 30-60 минут после хлорирования.

Таблица 4

Токсичность и мутагенный эффект сточных вод предприятия НХК после очистки и обеззараживания хлором

Место отбора проб Токсичность, % Мутагенный эффект, %

п М±ш п М±т

Контрольная 26 1,23 ±0,31 26 1,08 ±0,26

Сточная вода после внесения хлора 35 5,26 ±1,42 35 6,02 ±0,94

Сточная вода хлорированная через 30 мин 35 7,4 ±1,64 35 7,15 ±1,75

Сточная вода хлорированная через 60 мин 35 7,86 ± 2,11 35 7,94 ±1,44

Заболеваемость в В.-Услонском, Лаишевском, К.-Усгьинском районах по определяющим нозологическим формам выше, чем по республике Татарстан, что дает основание связывать данный факт с влиянием на здоровье населения загрязняющих веществ сточных вод, в том числе хлоропроизводных соединений, образующихся при обеззараживании хлором сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез», очистных сооружений города Казани, МУП «Водоканал», предприятие СК им. Кирова и других предприятий города и выше расположенных по водоему.

Функционирование предприятия НХК связана с непрогнозированными сбросами ТХВ, обусловленными инцидентами и авариями различных уровней, поэтому работа посвящена вопросам технико-профилактического и методического обеспечения ЭПБ, предложенным во второй главе.

Глава 2. Экологическая безопасность, как единая структурная составляющая промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса

2.1. Особенно опасны по воздействию на окружающую среду сбои в технологии, работе оборудования - инциденты, при развитии переходящие в аварии, сопровождающиеся сбросами и выбросами загрязнителей. Поэтому, на предприятиях НХК промышленная безопасность, от уровня которой зависит возможность реализации аварии, является аргументом экологической безопасности. Невозможно рассматривать экологическую безопасность без учета состояния промышленной безопасности ХОО.

Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» №116-ФЗ от 21.07.97г. определены две градации нештатных производственных ситуаций - инцидент и авария. Ограничение двумя классами событий всего многообразия производственных ситуаций на предприятиях НХК встречающихся в условиях эксплуатации, и, прежде всего - связанных с ведением технологического процесса - не позволяет адекватно оценить нештатную ситуацию и соответственно разработать и реализовать превентивные технические мероприятия.

Впервые предложена система оценки производственных ситуаций, основанная на соотнесении к определенному уровню происшествия в зависимости от: а) значения технологического параметра, предшествующего событию; б) масштабов происшествия (границ распространения); в) последствий воздействия на ОПС определяемых экологическим мониторингом.

Введена новая градация ситуации, предшествующей инциденту -предотклонение - значение технологического параметра ниже нижнего значения, предусмотренного технологическим регламентом, на 10 ± 3%, (отклонение 10 ± 3% зависит от класса опасности загрязняющего вещества по воздействию на ОПС и может изменяться). Все стадии (градации) развития (трансформирования) значения параметра - предотклонение (при котором срабатывает сигнализация) в опасное значение, предельно-допустимое и

критическое (три последних значения выходят за рамки технологического регламента) можно представить в виде следующего рисунка:

Рис. 5. Стадии развития нештатной сшуации

На рис. 5 горизонтальная линия А-ВгБ обозначает нижнее допустимое регламентное значение параметра; А1-В2 - предотклонение - значение параметра, при котором срабатывает сигнализация.

ВрВг - отрезок по оси ординат численно равный величине «предотклонения» в общем значении допускаемого технологического параметра

Градация нештатных ситуаций по классам, границам, уровням, последствиям представлена в таблице 5

2.2. Действующая в настоящее время на многих предприятиях НХК профилактическая работа ориентирована в основном на профилактику производственного травматизма, в меньшей степени затрагивает техническую составляющую и совсем не предполагает - экологическую безопасность. Предложенная система организации технико-профилактической работы (ТПР) по экологической и промышленной безопасности (ЭПБ) построена по принципу комбинированной горизонтально-вертикальной схемы (1-ступень) и вертикальной (П- и Ш-ступени ТПР) (рис.6).

Предлагается система ТПР по экологической и промышленной безопасности, включающая в себя три ступени: Iя ступень ТПР проводится начальником смены ежесменно и обеспечивается выполнением следующих технических мероприятий: 1) соблюдение норм технологического режима; 2) работа локальных установок по очистке газовых выбросов, сбросов сточных вод , отходов; 3) соблюдение работающими требований действующих нормативно-

технических документов по ЭПБ; 4) герметичность насосно-компрессорного, емкостного трубопроводного

Таблица 5

Шкала оценок нештатных ситуаций

Класс события Балл Наименование уровня Граница распространения Значение технологических параметров Экологические последствия

Значение индекса экологической значимости^ Последствия сброса, выброса полшогаягов Уровень мониторинга

Аварии 5 Тяжелая авария Вмасштабе предприятия и с выходом за его пределы Критическое значение более 2-х параметров, приведшие к разгерметизации оборудования 0,9 Превышение ПЖОДСв воздухе атмосферы за пределами СЗЗ, в воде водоема в точке сброса ина расстоянии 500м ниже по течению V

Аварии 4 Значительная авария В пределах предприятия Критическое значение параметров, сопровождающее ся разгерметизацией установки 0,6 Превышение ПДК,ЦДСв воздухе атмосферы СЗЗ, после БОС IV

Аварии г Авария в пределах подразделения предприятия В границах цеха Критическое значение параметров, сопровождающее ся разгерметизацией блока 0,3 Превышение ЦДКЦДСв воздухе атмосферы промплощадки, в коллекторе химсгока П1

Инцццал 2 Инцидент В пределах установки Опасное значение параметров, не сопровождающее ся разгерметизацией блока од Превышение ЦЦК,ЦДСв воздухе атмосферы в пределах установки, после локальной установки очистки стоков п

Прея откло нение 1 Предотклоне ние В пределах блока Значение параметра, ниже регламентной величины на 10 ±3% 0 Превышений пжддсзв в воздухе и в стоках после локальной установки нет I

оборудования и арматуры; 5) состояние рабочих мест, оборудования, территории; 6) состояние всех видов канализации, контрольных внутриквартальных и магистральных канализационных колодцев, оборудования мест размещения

I

1-й уровень (нач. смены)

!-й уровень (аппаратчик) 1 а

_о_

тт I ТТ-й урплрнт. Снпч иеха1 1

и т

III Ш-Й уровень (директор)

Рис. 6. Схема построения системы технико-профилактичгской работы по эколого-промышленной безопасности: -> связи "контрольного" (организационного) типа, предполагающие методы профилактической работы с целью контроля вышестоящей ступенью нижестоящей ступени; => связи "оценочного" типа, формирующие банк данных для периодической оценки (определения комплексного показателя): 1) вышестоящей ступенью нижестоящей; 2) самой вышестоящей ступени, так как профилактическая работа его оценивается (состоит) по двум составляющим - непосредственно работы конкретной ступени (руководителя) и работы нижстоящей ступени (подчиненных).

отходов; ступень ТПР - проводится начальником цеха; ПГ ступень ТПР проводится директором и главным инженером завода.

Определение количественной оценки результатов технико-профилактической работы. Оценку состояния работы по ЭПБ предложено определять по комплексному показателю (Кп) по всем видам целевой работы, рассчитанной для I, II, IIIе" ступеней ТПР дифференцированно для рабочих и руководителей.

Iм ступень. Для рабочих (аппаратчика, машиниста, лаборанта) рассчитывает начальник смены ежемесячно как средне арифметическое по формуле:

Кпраб = (А + Б + В + Г + Д + Е)/5, % (4)

где Кп1"6 - комплексный показатель для рабочего; А, Б, В, Г, Д, Е - формы ТПР, проводимые начальником смены на Iй ступени.

Начальник смены определяет свой Кп по следующей формуле:

Кп' = рКпр1б/п + (А + Б + В + Г + Д + Е)/6)]/2, (5)

где Кп1 - комплексный показатель начальника смены, %; Кпраб - комплексный показатель рабочего; п - число работающих в смене; А, Б, В, Г, Д, Е - формы ТПР, проводимые начальником смены на Г ступени. Аналогично определяются комплексные показатели для начальника цеха, директора.

Предлагаемые в данной главе технико-профилактические меры обеспечивают эколого-промышленную безопасность. Для стабилизации и минимизации воздействия ЗВ со сточными водами предприятий НХК, работа которых в условиях изменяющегося ассортимента выпускаемой продукции и номенклатуры сырья сопряжена с повышенными нагрузками и аномальными сбросами ЗВ на БОС, в следующей главе предложена методология интенсификации очистки сточных вод в аэротенках.

Двухэтапная проверка знаний нормативно-технической документации по экологической и промышленной безопасности работников предприятия НХК проводится в соответствии со схемой представленной на рис. 7.

Рис. 7. Схема реализации двухэтапной проверки знаний и аттестации руководителей, специалистов предприятия в области эколого-промышленной безопасности (связи между

уровнями, этапами: - при положительных результатах; ...... при отрицательных

результатах).

Глава 3. Методология адаптации очистных сооружений производств нефтехимического комплекса в связи с расширением ассортимента и объемов производств

Методология интенсификации процессов очистки сточных вод в аэротенках, предложенная в данной работе, основывается на концепции повышения эффективности биологической очистки в условиях возрастающих нагрузок на очистные сооружения по количеству сточных вод и по концентрации поллютантов методами, использующими абиотические факторы процессов биоочистки - распределение потоков сточных вод и АИ, концентрация кислорода, соотношение активного ила и химстока и биотические - возраст АИ, адсорбционная способность АИ, антагонизм сапрофитной микрофлоры АИ и патогенной микрофлоры. Указанные методы интенсификации биоочистки ЗВ предприятий НХК позволяют практически беззатратно, оперативно, без образования осадков и возникающей при этом проблемы утилизации осадков, эффективно повысить окислительную мощность аэротенков при возрастающих нагрузках в штатных режимах и в условиях аномальных сбросов промышленных стоков.

3.1. Исследование влияния равномерно рассредоточенного распределения потоков активного ила и химстока на эффективность биоочистки в аэротенках.

Проведенные исследования эффективности биодеструкции загрязняющих веществ сточных вод, распределения растворенного кислорода по длине аэротенка с рассредоточенной подачей химстока и сосредоточенной подачей активного ила выявили, что в месте подачи химстока наблюдается падение концентрации кислорода, повышение значений ХПК (Рис.8)

300 Г коридор коридор Шкоридор 72 Г 10 • 9

200 • 'Y. С 150 ■ X 100 • Активный . ил 0 ■ Vi1 ■tka.3'1 ч. t t Химстс к Кислород

I 2 14 4 а Т • » 10 11 "2 О 14 15 1в 1» и 1В 20 11 О 11 1* 25 И ЭТ 21 21 30 точки отбора проб

А ХПК —»—Кислород

Рис.8. Кривые распределения Ог и ХПК по длине аэротенка с рассредоточенной подачей химстока через окна и сосредоточенной подачей АИ (классическая схема потоков)

Целью исследования является оценка эффективности применения предложенного способа.

Исследование эффективности биодеструкции в аэротенке по измененной схеме распределения потоков проводилась на двух параллельно работающих аэротенках в одинаковых исходных условиях по режиму подачи химстока и АИ, концентрации ила, объему регенерационной зоны (27%). В исследуемом аэротенке активный ил и химсток подавались равномерно-рассредоточенно через перпендикулярно смонтированные по отношению к длинной стороне аэротенка лотки с боковыми сливами, вырезанными через 55 мм. (По 160 сливов в каждом лотке АИ и химстока) (рис. 9,10).

В параллельно работающем аэротенке подача химстока и АИ осуществлялась традиционно-классическим способом.

Рис.9. Схема предложенной реконструированной подачи активного ила и химстока в аэрогенк

Рис.10. Распределительный лоток подачи химстока по предложенной схеме в аэротенк

Таблица б

Варианты исследования различных режимов биоочистки

Содержание субстрата, ХПК, мЮ2/л ►А § ° Токсичность, % Эффективность очистки по токсичности, % Содержание фенола, мг/л .0 Й О ^о § с <=? о в « я я- и И Я О ьО к Л ч * 2 8 £ я

Исх. Кон. я и ъ1 Йб| г* С) Исх Кон. Исх. Кон. я § ёр £ § I Б ¡3 Е £ 5-е- о § аХ X 3 8 * "й 5 о с | 1" °1 Скорое окислени ХПК г/.

1а. Режим биоочистки с максимальной (43% объема аэротенка) зоной регенерации

787 178 77,4 42 6,8 84 1,28 0,005 99,6 7,02 5,43 4,52

16. Режим биоочистки с минимальной (4,3% объема аэротенка) зоной регенерации

787 186 76,3 42 1 22,2 47 1,15 0,006 99,4 7,02 5,3 4,41

II. Режим биоочистки со средней (27% объема аэротенка) зоной регенерации На. Аэротенк с рассредоточенной подачей химстока через окна и сосредоточенной подачей АИ (проектно-регламентная классическая схема)

843 231 12,в 39 7,1 82 1,46 0,006 99,58 7,5 5,9 4,9

Нб. Аэротенк с равномерно-рассредоточенной подачей АИ и химстока через распределительные устройства (реконструированная схема распределения)

843 98 88,3 39 0 100 1,46 0,004 99,72 7,25 6,35 5,29

Примечание: условия работы аэротенков - 90 м3/ч - циркуляционного ила, 60 м3/ч -химстока (соотношение потоков - 1,5); концентрация ила: в аэротенке - 5,6 г/л, возвр. ила -9,2 г/л; время окисления - 20 час.

Сравнение результатов проведенных экспериментов по эффективности биоочистки в аэротенках даны в таблице 6, распределение 02 и ХПК в аэротенке с реконструированной схемой потоков показано на рис. 11.

точки огёора проб —*-ХПК —В—Кислород

Рис.11. Кривые распределения 02 и ХПК по длине аэротенка с равномерно-рассредоточенной подачей АИ и химстока через распределительные устройства (реконструированная схема потоков)

Из таблицы б видно, что эффективность биоочистки в реконструированном аэротенке по сравнению с параллельно работающим аэротенком с обычной схемой распределения потоков увеличилась по ХПК на 15,7%, по фенолу на 0,002 мг/дм3, токсичность уменьшилась на 18%, скорость окисления увеличилась на 0,39 мг ХПК г/час. Дегидрогеназная активность в экспериментальном аэротенке показана на рис. 12.

Точки отбора проб -♦-Иловая жидкость —А— Контроль

Рис.12. Дегидрогеназная активность ила в аэротенке с реконструированной схемой распределения потоков.

В реконструированном аэротенке регенерация полная, но при поступлении сточной воды не наблюдается сразу резкого повышения ДАИ, что можно объяснить токсичным стоком или содержанием труднодоступных для биологического потребления субстратов (рис 12). Наблюдается постепенное увеличение ДАИ по длине аэротенка, затем незначительное снижение и повторный рост ферментативной активности что, по-видимому, отражает двухфазный первичный процесс окисления ЗВ: окисление легкодоступной органики и далее метаболизм трудноразлагаемых соединений. Окисление более полное, в контроле низкий уровень активности и в надиловой жидкости меньше ЗВ.

3.2. Влияние соотношения подачи активного ила к химстоку (Я) и времени аэрации на эффективность биоокисления загрязняющих веществ химстока.

Целью настоящей части работы было определение эффективности биодеструкции загрязнений химстока по ХПК, фенолу, СПАВам, гликолям в зависимости от Я и времени аэрации.

Сравнение полученных результатов биоокисления на первом этапе исследований (табл.7, пункты А и Б) показывают, что уменьшение подачи АИ в аэротенк (соотношении 60:60, Я=1,0) в 1,5 раза не вызвало уменьшения глубины деструкции.

Технологическим фактором, компенсирующим уменьшенное значение II, могло быть увеличенное с 20 час. до 25 час. время аэрации. В любом случае, итоговые результаты анализов таковы: в аэротенке сЯ = 1,0 и т = 25 час. эффективность биоокисления по ХПК увеличилась на 1,9%, по фенолу -не изменилась, по СПАВам - увеличилась на 0,21%, по этиленгликолю - на 1,4%. Уменьшение концентрации ила в аэротенке с 5,6 г/дм3 до 3,2 г/дм3 (Табл.7 п. А и Б) повысило эффективность биоочистки по ХПК и вызвало повышение окислительной мощности с 6,35 до 8,87 мг ХПК г/час, скорости окисления - с 7,62 до 8,5 мг ХПК г/час.

На втором этапе исследований эффективности биоокисления оставили Таэр. без изменения (25 и 20 час.), но уменьшили Я - изменили соотношение

и >Ует., оставив сумму , \УСТ аналогичную первому этапу (120 и 150 м3/час).

Сравнение результатов опытов, показывает, что при уменьшенном Я (увеличенной концентрации химстока и соответственно уменьшенной концентрации ила) в аэротенке (п. Б и Б' табл.7, 8) эффективность биоочистки по ХПК уменьшилась с 86,2 до 85,0% по фенолу - на 0,11%, по СПАВам - на 0,17%, по этиленгликолю увеличилась на 0,9%.

Анализируя состояние АИ можно оценить его как удовлетворительное при 11=1,0 и 11=1,14, хлопки ила средних размеров, компактные, простейшие в активном состоянии (рис. 13). При 11=1,5 и 11=0,71 состояние ила ухудшается.

При Я=0,71 в аэротенке процесс окисления не завершился, как в иловой жидкости, так как внутри клетки находится большое количество остаточных загрязнений.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что: а) изменение глубины (полноты) биоокисления загрязнений на всех этапах исследования связаны с изменением двух технологических параметров биоочистки: соотношением АИ и химстока в аэротенках («К») и временем аэрации (биоокисления) («т»); б) увеличение концентрации субстрата в аэротенке относительно АИ (доза ила снижена с 5,6 г/дм3 до 3,2 г/дм3) в случае «Б» (табл.7) повысило эффективность биоочистки по ХПК, СПАВам, этиленгликолю, уровень ДАИ при этом остался прежним (рис. 14). Указанное повышение биодеструкции можно объяснить увеличением времени аэрации или уменьшением Я; в) исследования на втором этапе опытов в аэротенках при аналогичных технологических параметрах первого этапа по времени аэрации (п. Б', В' табл.8), но с большим относительным содержанием химстока (Я = 0,71; Я = 1,14) не дают оснований для вывода о влиянии времени на повышение эффективности биоочистки в исследованных вариантах технологических параметров. Определяющим параметром является «Я» - соотношение стоков и АИ; г) для определенной технологической схемы биоочистки, технологических параметров, состава химстоков и биоценоза АИ существует оптимальное соотношение дозы ила, «Я» и «т». При минимальном и максимальном «Я» независимо от «т» наступает ухудшение очистки. Для исследуемого стока оптимальное значение «Я» по ХПК, фенолу, СПАВов является 1,0, по этиленгликолю -0,71.

X

4 а

•.;, о,5 ■

1,1 1,2/ ЛД—■ 11,9 \ 1,3

Х^ 0,8 0,75

0,68 ^^ ' 0.72 1

♦ Контроль —«—Надиловая жидкость

Рис. 13. Брюхоресничная инфузория Рис.14. Дегидрогеназная активность ила в

Авр^сНзса С05й1а из аэротетка с Я=1,0 БОС аэротенке с Я = 1,0 (п. Б, табл.7) БОС ОАО ОАО «Казаньоргсинтез» «Казаньоргсинтез».

3.3. Влияние подачи кислорода, температурного режима и дозы активного ила в аэротенках на эффективность биологической очистки сточных вод химического предприятия.

В предыдущей работе было показано, что на эффективность биоокисления (Эб) химстока время окисления (таэр) влияет в меньшей

степени, а основным фактором, определяющим Эб является соотношение Ша.„ и №ст (или коэффициент Я). Исходя из этого, в данной работе была поставлена цель определения оптимального соотношения других факторов обеспечения максимальной эффективности биодеструкции - рабочей дозы АИ, кислородного и температурного режимов в аэротенках. Исследовались различные температурные режимы в интервале от 11 до 34°С и определялись оптимальные дозы ила при различных концентрациях 02 в аэротенке.

Содержание 02 задавали двумя значениями - 6,2 мг/дм3 и 4,0 мг/дм3. Снижение 02 ниже 4,0 мг/дм3 вызывало осаждение хлопьев ила в модельных аэротенках. Дозу ила задавали в опытах значениями 2,5 г/дм3, 5,0 г/дм3, 7,4 г/дм3 исходя из оптимального соотношения АИ (60 м3/час), химстока (60 м3/час), коэффициента рециркуляции (11=1,0) (подтверждено серией опытов на промышленных аэротенках на предыдущем этапе исследований). Доза ила в 5,0 и 7,4 г/дм3 в модельных аэротенках соответствует интервалу доз ила в промышленных условиях. Эффективность биоочистки определялась по ХПК, этиленгликолю, СПАВам, иловому индексу, микроскопированию ила, дегидрогеназной активности (ДАИ), токсичности.

Полученные результаты представлены в таблице 9 (в числителе данные при содержании 02 = 6,2 г/дм3, в знаменателе при 02 = 4,0 г/дм3).

Результаты биоокислсння на первом этапе исследований по основным показателям в аэротенках с различными коэфф рециркуляции (И) и временем окисления (т) (Зона регенерации -27% объема аэротенка)

хпк Фенол СПАВ Этиленгликоль Токсичность,% Нагрузка на ил, мг XI1K г/час Окислитель ая мощность мг ХПК г/ча Скорость окисления, мг ХПК

Исх. | Кон. Эфф., % Ilex. | Кон. Эфф., % Исх. | Кон. Эфф., % Исх. | Кон. Эфф.. % Исх. Кон. Эфф.

мгСЬ/дм3 мг/дм3 мг/дм3 мг/дм3 IV час

А. Соотношение АН и химстока - 90м'/ч : 60 м'/ч (Я = 1,5): время окисления т = 20 час.; концентрация ила: в аэротенке — 5,6 г/дм3; в возвратном иле -9,2 г/дм3

843 132 84,3 1,46 0,005 99,65 6,7 <0,2 97,01 15,1 0,96 93,6 40 5 S7,5 7,25 6,35 7,62

Б. Соотношение АИ и химстока - 60 м'/ч : 60м3/ч (R = 1,0); время окисления т = 25 час.; концентрация ¡па: в аэротенке — 3,2 г/дм3; в возвратном иле -8,9 г/дм3

824 113,7 86,2 1,43 0,005 99,65 7,2 <0,2 97,22 14,0 0,69 95 38 0 100 10,3 8,87 8,51

шемтамм

Результаты биоокислеиия па втором этапе исследований основных показателей в аэротенках с аналогичным временем

Таблица 8 жнелення

ХПК Фенол СПАВ Этиленгликоль Токсичность, % Нагрузка на ил, мг ХПК г/час Окислительн ая мощность мг ХПК г/час Скорость окисления, мгХПК г/час

Исх. (Кон. Эфф.. % Исх. | Кон. Эфф., % Исх. [Кон. Эфф.. % Исх. | Кон. Эфф., % Исх. Кон. Эфф.

мгСЬ/дм3 мг/дм3 мг/дм3 * г лм"

Б'. Соотношение АИ и химстока - 50 м'/ч : 70 м'/ч (R = 0,71 ); время окисления т - 25 час.; концентрация гаа: в аэротенке - 3,0г/дм3; в возвратном aie - 9,1 г/дм3

743,5 111,5 85,0 1,1 0,005 99,54 6,8 <0,2 97,05 13,2 0,53 95,9 45 5 88 9,91 8,42 8,08

В'. Соотношение All и химстока - 80 м'/ч : 70м'/ч (R = 1,14); время окисления г = 20 час.; концентрация ила: в аэротенке -5,3 г/дм3; в возвратном ше -9,1 г/дм3

743,5 163,6 78,0 1,1 0,007 99,3 6;8 0,38 94,4 13,2 0,94 92,8 45 10 77 7,01 5,48 6,57

Таблица 9

Эффективность биоочистки при различных режимах

Эффективность, % Температура, °С

П 1 20-22 27-29 34

Доза ила 2,5 г/дм5

по ХПК 65/74 77/86 75/88 75/88

по этиленгликолю 83/79 86/98 70/98,5 90/99

по СПАВам 29/95 71/92 92/85 - /76

Иловый индекс, г/дм3 - /164 218/145 198/154 226/ 187

Доза ила 5,0 г/дм1

по ХПК - /76 62/82 80/76 65/74

по этиленгликолю 67/86 95/98 95/93 61/98

по СПАВам 36/96 86/84 59/73 26/47

Иловый индекс, г/дм* 286 / 275 160/215 214/217 258/198

Доза ила 7,4 г/дм*

по ХПК 69/74 67/83 76/74 65/74

по этиленгликолю 84/90 77/97 90/89 66/98

по СПАВам 97/91 52/82 67/65 - /65

Иловый индекс, г/дм3 221/211 252 /167 245 /179 202/212

(В числителе данные при Ог = 6,0 мг/л, в знаменателе - при 0> = 4,0 мг/л)

Из таблицы 9 видно, что при указанных температурных режимах и дозах ила целесообразнее поддерживать концентрацию кислорода 4,0 мг/л. Степень очистки по ХПК повышается до 10-20%. При изменении температурных режимов максимальная эффективность очистки при температуре 20-22 °С по ХПК достигнута при дозе ила 2,5 г/ дм3 и составляет 86%, по этиленгликолю при концентрациях ила 2,5-5,0 г/дм3 - 98%, по СПАВ при дозе ила 2,5 г/дм3 -92%.

Повышение температуры, прежде всего, влияет на ферментативную активность микроорганизмов АИ. Вследствие того, что ферменты представляют собой в основном белки, при повышении температуры выше 50°С происходит необратимая инактивация практически всех ферментов. У различных ферментов разная устойчивость к повышению температуры, но, как правило, повышение температуры выше 35°С уже неблагоприятно. Поэтому далее работали в пограничных температурных режимах 34°С, чтобы определить предельно допустимое повышение температуры в аэротенках, при котором не нарушаются процессы биологической очистки.

Проведенные исследования дают основания для следующих заключений:

- Оптимальная концентрация кислорода в аэротенках составляет 4 мг/л.

- При повышении температуры в аэротенках эффективно применение дозы ила 2,5 г/дм3. При низком температурном режиме рабочая доза ила должна составлять не менее 5 г/дм3.

Оптимальные условия для снижения ХПК - доза ила 2,5 г/дм3, температура 27-34°С~, для этиленгликолей - доза ила 2,5-7,4 г/дм3, температура от 22 до 34°С; для СПАВ - доза ила 2,5-5,0 г/дм3, температура Л°С.

- Оптимальная температура для работы ферментов (дегидрогеназ) является 27-29°С.

В приведенных ранее опытах было показано, что при умеренных нагрузках по загрязняющим веществам наиболее эффективно работать при малых дозах АИ. Но вследствие того, что возможно повышенное содержание загрязнений в сточных водах при залповых сбросах химстока необходимо было определить оптимальную дозу ила.

Для этого в исследуемую сточную воду вносили фенол - до 15 мг/дм3, моноэтиленгликоль - до 150 мг/дм3, СПАВ - до 20 мг/дм3.

Результаты опытов показывают, что при предельных нагрузках повышение концентрации кислорода в аэротенках повышает и эффективность биологической очистки, причем для этого необходимо также поддерживать и дозу ила более 4,5 г/дм3;

3.4. Прогнозирование степени биоочистки сточных вод по достижению сорбционно-десорбционного равновесия между сточной водой и поверхностью активного ила.

Для оперативного регулирования биоочистки сложных по составу химстоков, изменяющихся во времени, необходимо найти критерий полноты биоочистки. В соответствии с требованиями СНиП период аэрации

, t Len-Lex

рассчитывается по формуле: tо = ^ ^—(6)

где: Lcn и La - начальная и конечная величины БПК5, Ri - степень рециркуляции, а-, - доза ила, S- зольность, р - удельная скорость окисления. Определение времени аэрации по указанной формуле не позволяет оценить степень очистки в текущий момент и не может быть применено для оперативного регулирования процесса очистки сточных вод, так как требует времени не менее пяти суток.

Цель настоящего исследования: 1) определение периода биоочистки основных загрязнений химстока; 2) исследование зависимости различных концентраций АИ и периода аэрации на эффективность биоочистки; 3) применимость способа определения адсорбционной способности АИ для оперативного регулирования процесса биоочистки в аэротенках.

Для определения степени адсорбции ЗВ химстока в аэротенках активным илом был смоделирован процесс изменения ХПК, СПАВ, этиленгликоля, фенола при смешении АИ концентраций: 4,7, 3,5, 2,8 мг/дм3 с промышленным стоком. Результаты представлены в таблице 10.

Причина более эффективной сорбции при меньшей концентрации 02 (в 1,5-3 раза выше, чем при концентрации 02 = 6,0 г/дм3) заключается в интенсивности аэрации - при более интенсивной затрудняется сорбция ЗВ.

Иллюстрацией процессов сорбции-десорбции загрязнений в промышленных аэротенках являются данные анализов по ХПК иловой жидкости в 30™ точках по длине промышленного аэротенка, представленные на рис. 15.

Таблица 10

Зависимость адсорбции основныхзагрязнений химстока активным илом

Показатель Доза Исходная сточная вода / Эффективность снятия

ила, после смешения с илом загрязнений, %

г/дм3

Концентрация Ог, мг/дм3 6,0 4,0 6,0 4,0

ХПК, мгСУдм3 4,7 529/388 819/385 26,6 53,0

3,5 397 405 25,3 50,5

2,8 406 422 23,2 48,5

СПАВ, мг/дм3 4,7 20,0/13,5 19,6/8,2 32,5 58,1

3,5 15,0 8,9 25 54,6

2,8 15,8 9,8 21 50,0

Этиленгликоль, 4,7 12,0/8,0 5,4/1,12 33,3 79,2

мг/дм3 3,5 8,9 1,48 25,8 72,6

2,8 9,4 2,05 21,6 62,0

Фенол, мг/дм3 4,7 1,2/0,6 2,2/0,8 50,0 63,6

3,5 0,7 0,88 41,6 60,0

2,8 0,78 1,1 35,0 50,0

О —I—I—I—I—|—I—I—|—1—|—|—г—1—I—г—1—|—I—г—1—1—1—I | I—I—1—|—|

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

точки отбора проб

Рис. 15. Кривая распределения ХПК по длине аэротенка

Процесс биоочистки в аэротенках постоянно сопровождается сорбцией-десорбцией, и равновесие наступает при выравнивании концентраций загрязнений в очищаемом стоке и на поверхности хлопьев ила. Мониторинг качества биоочистки сточной воды только по нормативным показателям без учета времени наступления сорбционного равновесия представляется не вполне исчерпывающим и объективным. С этой целью был проведен эксперимент по определению количества загрязнений адсорбированных и растворенных в иловой жидкости. Определяли ХПК, СПАВ, этиленгликоль в фильтрованной иловой жидкости и в фугате отмытого буфером АИ. Данные представлены в таблице 11 и на рис.16. Рассмотрение динамики снятия загрязнений показало, что постепенно происходит уменьшение количества токсикантов в иловой жидкости и в смыве с АИ. Но замечено периодическое увеличение загрязнений в очищенном стоке, по-видимому, связанное с

десорбцией их с поверхности ила. По истечении 24 часов устанавливается равновесие в концентрации загрязнений по ХПК.

Для биоокисления СПАВов достаточно 20 час при концентрации ила =

"¿7?-1.11 /м.»Л-да-¿««¿ИГЛНПДЛЛ-«адП?8??1',а-"-»г-гуттарт пог-пс Ч ЧЯГ.

биоокисления при дозе ила = 2,7 мг/дм3.

Рис. 16. Кинетика изменения ХПК в иловой смеси при различных дозах ила

При низких концентрациях загрязнений более эффективно применение доз ила не более 3 г/дм3, так как микроорганизмы находятся в активном состоянии и не теряют адаптации к токсикантам. При высоких дозах ила и низких нагрузках, происходит автолиз ила, появляются легкоокисляемые соединения биологической природы, и теряется способность к окислению трудноразлагаемых соединений.

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы: 1) при концентрации 02 в иловой жидкости 4,0 мг/дм3 эффективность снятия загрязнений химстока по основным показателям в 1,53 раза выше, чем при концентрации 02 = 6,0 мг/дм3; 2) период аэрации, при котором наступает равновесие по основным загрязнениям в очищаемом стоке и в фугате различен для ХПК, СПАВ, этиленгликоля; 3) определение адсорбционной способности АИ по анализу концентрации основных загрязнений в иловой жидкости и в фугате и определение наступления равновесия может быть использованы для мониторинга процесса полноты биологической очистки химстока в аэротенках; 4) при увеличении периода аэрации свыше оптимального, определенного предлагаемым способом по наступлению равновесия, происходит увеличение концентрации загрязнений в очищенном стоке по сравнению с минимально достигнутым в момент равновесия (табл.11).

Таблица 11

Определение адсорбционном способности АН

Наименование Доза Исходная Исходный 1ч 1ч Зч Зч 20ч 20ч 24ч 24ч

показателей ила. сточная ил иловая смыв с иловая смыв с иловая смыв с иловая смыв с

г/дм3 вода/ (смыв) жид- поверх- жид- поверх- жид- поверх- жид- поверх-

после кость ности ила кость ности ила кость ности ила кость ности ила

смешения

активным

илом

ХПК, 4,5 141 156 171 141 160 125 120 125

мгО/дм3 3,4 845/408 130 161 141 165 121 155 120 128 125

2,7 191 131 161 130 150 120 106 112

СПАВ, 4,5 0.52 1,16 0,48 0,9 1,16 0,22 0,82 0,41

мг/дм3 3,4 1,8 0,2 0,64 0.31 0,16 0,39 0,73 0,24 0,44 0,73

2,7 0,8 0.56 0,2 0,31 0,2 0,2 0,24 п.?

Этиленгликоль, 4,5 1Д 0,87 0,35 0,73 0,15 0,56 0,52 0.15

мг/дм3 3,4 5,2 0,56 1,6 0,43 0,26 0.65 0.56 0,15 0,47 и,15

2,7 1,98 0,2 0,15 0,15 0,3 0,15 0,15 0,15

ДАИ, мкг/г 4,5 кон. 0,23 1,1 1,0 0.8 0,7

и/ж 0.28 0,9 1,1 0,9 0,34

3,4 кон. 1.14 1,11 0.92 0,69

и/ж 1,0 0,9 0,8 0,28

2,7 кон. 1,11 1,18 0,94 0,22

и/ж 1,34 1,28 1,1 0,26

3.5. Влияние возраста активного ила на эффективность биодеструкции в условиях повышенных нагрузок предприятий нефтехимического комплекса.

_Существует уравнение для определения возраста АИ:

В =-2--(7)

где: В - возраст ила, сут; аср - средняя доза ила в аэротенке, г/дм3); \¥ -объем аэрируемых сооружений, м3; С? - расход сточных вод, м3/сут; П1 -содержание взвешенных веществ в очищенной воде, г/дм3; Р - прирост (расход) избыточного ила, г/дм3; д^б-концентрация избыточного ила, г/дм3.

Данное уравнение не учитывает колебание нагрузок во времени -аномальные сбросы, и применимо для расчета возраста ила аэротенков, работающих при стабильных нагрузках.

Для предприятий НХК предложено ввести поправочный коэффициент, учитывающий нагрузки по ХПК (коэффициент равномерности нагрузок - Кр):

к ХПК—__ш

' ХПК^-ХПК^

где: ХПКрет,, - ХПК регламентное (расчетное) химстока, поступающего в аэротенки; ХПКтах и ХПКт;„ - ХПК поступающего химстока максимальное и минимальное. Наименьший временной промежуток между анализами по ХПК химстока в уравнении (8) соответствует времени нахождения стока в усреднителях и в первичных отстойниках.

Целью выполненных исследований является:

- Расчет возраста АИ при существующих абиотических факторах биологической очистки;

- Моделирование процесса биочистки илами разных возрастов для определения эффективности очистки с учетом коэффициента равномерности нагрузок («Кр»).

Результаты исследований представлены в таблице 12, из которой видно, что эффективность биоокисления ЗВ химстока функционально зависит от возраста ила и от коэффициента равномерности нагрузок по ХПК (Кр).

В проведенных опытах усредненные нагрузки - величины одного порядка, в то время как коэффициент равномерности Кр позволяет зафиксировать изменение нагрузки.

Полученные результаты объяснимы с точки зрения физиологии микроорганизмов. В старом иле присутствуют микроорганизмы разных физиологических групп, обуславливающих окисление легкодоступных и труднодоокисляемых субстратов, что обеспечивает более полную биодеструкцию ЗВ. Поэтому при залповых . сбросах целесообразно применение ила возраста 26,6 и более суток. В молодом иле формируется сообщество быстрорастущих микроорганизмов с определенным типом метаболизма, адаптированное к стабильным нагрузкам. Как следует из полученных результатов, интервал возраста ила 9,3-26,6 суток, является наиболее приемлемым в технологии, так как оптимумы эффективности очистки находятся в указанном диапазоне.

31

Таблица 12

Эффективность биоочистки сточных вод илами разных возрастов

Нагрузка Возраст ила, сутки

по ХПК, 4,7 9,3 16,4 26,6 70,3 267

мгОг/дм3 Кр ХПК мгСЬ/дм3 очищенного стока

среднее Эффективность очистки, %

920-350 1,75 150 120 116 98 98 86

635 76 81 82 85 85 86

1400-610 1,9 185 162 110 92 92 92

1005 81 83,8 89 97 97 97

920-480 2,2 120 106 98 98 132 146

700 83 85 86 86 81 79

1500-900 2,5 165 141 132 112 112 126

1200 86 88,2 89 97 97 89,5

1430-894 2,8 141 132 132 112 112 126

1162 87,8 88,6 88,6 90,3 90,3 89,1

1360-876 3,1 121 121 116 92 92 111

1118 89 89 88,6 91,8 91,8 90,1

1450-1009 3,4 125 125 125 110 110 122

1229 89 89 89 91 91 90

1500-1095 3,7 112 112 98 98 112 112

1297 91,4 91,4 92,4 92,4 91,4 91,4

1400-1023 4,0 134 120 110 92 110 110

1211 88,9 90 91 92,4 91 91

1316-967 4,3 92 92 92 116 122 122

1141 92 92 92 89,8 89,3 89,3

1100-790 4,8 105 105 116 116 128 128

945 89 89 87 87 86 86

1315-1032 5,3 92 92 110 125 125 125

1173 92 92 90,6 89,3 89,3 89,3

1481-1223 5,8 86 86 92 132 132 132

1352 93,6 93,6 93,2 90,2 90,2 90,2

760-600 6,25 92 92 98 110 110 136

680 86 86 85,5 83 83 80

При поступлении аномальных сбросов химстоков технологический режим отвода ила оперативно регулируется в сторону увеличения его возраста.

Регулирование возраста ила в условиях эксплуатации очистных сооружений возможно методом изменения объема отводимого ила.

3.6. Безреагентное обеззараясивание сточных вод комплексным последовательным воздействием избыточного активного ила и химстока по трех стадийной технологии.

Известен способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с помощью АИ. Недостатком данного способа является то, что санитарные показатели очищенного стока не соответствуют требованиям, предъявляемым санитарно-эпидемиологическим надзором.

Целью исследования является обеззараживание бытового стока и достижение необходимой степени санитарно-гигиенической безопасности.

Для достижения цели предложена трёхстадийная система безреагентного биологического обеззараживания бытового стока активным илом в комплексе с промышленным стоком по следующей схеме (рис.17).

Ппррттопрцнр роччпжнпггги обеспечения максимальной эффективности обеззараживания бытовых стоков основано на установлении оптимального соотношения основных абиотических факторов - дозы ила, объёма ила, времени контакта с активным илом, концентрации кислорода, соотношении объёмов бытовых стоков, АИ, промышленных стоков на различных этапах (стадиях) обезвреживания.

Эффективность обеззараживания бытового стока в аэротенках показана в таблице 13.

Таблица 13

Зависимость эффективности обеззараживания от объема АИ

Объем АИ, % 50 60 70 80 90

ОКБ в поступающем стоке, КОЕ/100мл 2-10*

ОКБ в очищенном стоке, КОЕ/100мл 800 55 52 50 50

ТКБ в поступающем стоке, КОЕ/100 мл 2-103

ТКБ в очищенном стоке, КОЕ/ЮО мл 19 16 13 11

Эффективность по ОКБ, % 60 97,2 97,4 97,5 97,5.

Эффективность по ТКБ, % 60 99 99,2 993 99,4

БС АИ (6,0г/л, 50%)

АИ (свежая порция) (10%)

45%

Смеситель

1я стадия

11я стадия

Смесь (БС + АИ + химсток)

^ Химсток

(45%)

Рис.17. Схема 3х стадийного обеззараживания сточных вод.

Эффективность обеззараживания по предложенному способу достигает по ОКБ 97,5%, по ТКБ 99,4% (при обеззараживании хлором эффективность по ТКБ равна 97,0%).

Способ комплексного обеззараживания бытового стока активным илом и промышленным стоком осуществляется в аэрируемых емкостях в три стадии:

- на первой стадии смешивают бытовой сток с активным илом при условии: объем АИ от 20 до 60%, время контакта 90 мин., концентрация кислорода не менее 3 мг/л.;

- на второй стадии смешивают поток бытового стока и АИ со свежим активным илом и промышленным стоком в соотношении 45:10:4

- на третьей стадии на обрабатываемую смесь из бытового стока, АИ, промышленного стока (5-10%) воздействуют новыми порциями АИ (не менее 60%) и промышленного стока (остальное).

Условные обозначения

АИ - активный ил, ВСС - временно согласованный сброс, ДАИ -дегидрогеназная активность ила, ДО - донные отложения, ЗВ - загрязняющие вещества в сбросе сточных вод, в выбросе в атмосферу, ИБС (.Г) - индекс биологического самоочищения водоема, Кп - комплексный показатель технико-профилактическая работа по эколого-промышленной безопасности, НХК - нефтехимический комплекс, ОКБ - общие колиформные бактерии, ОМЧ - общее микробное число, ОПС - окружающая природная среда, ПДК -предельно допустимая концентрация, ПДС - предельно допустимый сброс, ПДВ - предельно допустимый выброс, СЗЗ - санитарно-защитная зона, СПАВ - синтетические поверхностно-активные вещества, ТКБ -термотолерантные колиформные бактерии, ТПР - технико-профилактическая работа по эколого-промышленной безопасности, ХОО - химически опасный объект, ХПК - показатель химического потребления кислорода, ЭПБ -эколого-промышленная безопасность.

Выводы

1. В результате проведенных исследований показано, что разработанный способ комплексного мониторинга водоема в месте выпуска сточных вод позволяет определить уровень антропогенной нагрузки, опираясь на который следует принимать инженерные решения по интенсификации процессов очистки сточных вод.

2. Предложенный двухстадийный пятиуровневый мониторинг сбросов загрязняющих веществ со сточными водами по технологической цепочке образования, транспортирования и превращения загрязняющих веществ позволяет оперативно выявить и локализовать источник сброса.

3. Впервые разработана для предприятий НХК трехступенчатая технико-профилактическая работа по систематизации и повышению уровня экологической и промышленной безопасности, на основе которой создана методика расчета оценки работы структурных подразделений по обеспечению ЭПБ.

4. С целью повышения экологической и промышленной безопасности впервые разработана методика двухэтапной оценки знаний, включающая теоретическую проверку и реализацию требований правил, норм технологического процесса.

5. Впервые исследовано и методически обосновано влияние равномерно-рассредоточенного распределения потоков химстока и активного циркуляционного ила в аэротенках. Показано, что предложенный процесс позволяет выровнять распределение кислорода, сороцию ишишышип па поверхности хлопьев активного ила, уменьшить стрессовое состояние микроорганизмов биоценоза ила, приводящее в конечном итоге к значительному эффекту очистки.

6. Изучено влияние соотношения количества подачи активного ила и химстока в аэротенк (Я) на эффективность очистки от основных загрязняющих веществ производств органического синтеза. Выявлен и предложен интервал значения Я для нормального функционирования предприятия и при нарушениях регламентных показателей.

7. На основании исследования процесса по влиянию таких факторов как концентрация активного ила, кислорода, температуры на эффективность биоочистки, показаны оптимальные их значения в работе БОС в нормальных условиях работы производств органического синтеза и в условиях залповых сбросов.

8. Исследованы сорбционно-десорбционные способности активного ила методом определения основных поллютантов (СПАВ, этиленгликоль, ХПК), ферментативной активности ила в иловой жидкости и в фугате с разной концентрацией ила и в разные периоды окисления. На основании исследования показана возможность применения указанного способа для оперативного определения степени биоочистки, позволяющая по времени лабораторного анализа (1,5-2,0 часа) оценить полноту биоокисления. Выявлено, что время окисления в аэротенках сверх оптимально установленного приводит к автолизу клеток микроорганизмов и вторичному загрязнению сточной воды.

9. Для определения возраста активного ила на основании проведенных в работе исследований использован поправочный коэффициент, учитывающий колебания нагрузок, характерные для предприятий НХК. Показано, что степень деструкции загрязняющих веществ химстока зависит от возраста ила. Выявленная закономерность позволяет оперативно регулировать работу аэротенка при различных нагрузках (колебаниях их) простым изменением сечения прохода запорной арматуры на трубопроводе отвода избыточного ила.

10. Впервые для производств органического синтеза разработан метод безреагентного обеззараживания патогенной микрофлоры избыточным активным илом, на основании которого предложена и внедрена технологическая схема трехступенчатой последовательной обработки сточной воды, характеризующаяся показателями эффективности по ОКБ -97,5%, ТКБ-99,4%.

11. Внедрение предложенных в данной работе методических разработок по интенсификации биоочистки сточных вод предприятия НХК позволило получить годовой предотвращенный эколого-экономический эффект за счет уменьшения антропогенной нагрузки на водоем в размере 512 011 559 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: Монографии

1. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность и экология нефтехимических производств: монография / Кирсанов В.В. - Казань: Изд-во "Экоцентр", 2006. - 176 с.(11п.л.)

2. Кирсанов В.В. Парадигма психологии промышленной безопасности: монография / Кирсанов В.В. - Казань: Из-во «Экоценгр», 2007. - 172с.

Изобретения

3. Пат. № 2234467 РФ Способ биологического обеззараживания бытового стока / Иванов A.B., Гасилин В.В., Фатхуллина Н.Х., Валеев A.JL, Кудряшов В.Н., Кирсанов В.В., Асадуллин А.З., Гицарева Е.В. Опубл. 20.08.2004.

4. Пат. № 2252922 РФ Способ обработки активного ила и осадков сточных вод / Ахмадуллина Ф.Ю., Асадуллин А.З., Закиров Р.К., Кирсанов В.В., Баширов P.P., Кудряшов В.Н., Смирнов Д.Е., ФадееваР.Н. Опубл. 27.05.2005.

5. A.C. № 1232649 СССР. Способ биологической очистки сточных вод от неионогенных поверхностно-активных веществ / Наумова Р.П., Офицеров E.H., Лисин Г.Р., Гиниатуллин И.М., Черепнева И.Е., Свиридов С.И., Кирсанов В.В., Скипина И.М. Опубл. 1986. Бюл. №19.

6. A.C. № 1070849 Способ биохимической очистки сточных вод от органических веществ / Свиридов С.И., Кирсанов В.В., Пеньковцева И.Г., Асадуллин А.З. Опубл. 27.06.1995.

7. Положительное решение о выдаче патента РФ №2008120441. Способ комплексного обеззараживания бытового стока / Кирсанов В.В., Кудряшов

B.Н., Гафуров Р.Р., Хузаянов Р.Х., Гицарева Е.В., Смолко A.A. 2008.

Статьи из периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

8. Кирсанов В.В. Система двухстадийного мониторинга природоохранной деятельности опасного химического объекта / Кирсанов В.В., Смолко A.A. // Химическая промышленность сегодня. - 2007. - №12. - С.45-51.

9. Кирсанов В.В. Модернизация технологии биологических очистных сооружений нефтехимического комплекса / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В., Смолко A.A. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2007. -№11.- С.25-28.

10. Кирсанов В.В. Мониторинг природоохранной деятельности предприятий нефтехимического комплекса / Кирсанов В.В., Смолко A.A. // Экология и промышленность России. - 2007. - Декабрь. - С.10-13.

11. Кирсанов В.В. Система промышленной безопасности в техническом регламенте / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2007. - №4. -

C.36-38.

12. Кирсанов В.В. Способ безреагентной дезинфекции (биообеззараживания) сточных вод / Кирсанов В.В., Смолко A.A. // Химическая промышленность сегодня. - 2007. -№11.- С.49-51.

13. Кирсанов В.В. Система подготовки промперсонала и проверка знаний как составная часть общей системы обеспечения промышленной и экологической безопасности / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В., Смолко A.A. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 20U7. -№11.-С.23-24.

14. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность химических производств / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В., Смолко A.A. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2008. - №1. - С.34-36.

15. Кирсанов В.В. Надежность и безопасность техногенных систем / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Мингазетдинов И.Х., Фролов Д.В. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2008. - №1. - С.37-40.

16. Кирсанов ВВ. Способ комплексного мониторинга района выпуска сточных вод с помощью гидробиологических методов анализа / Кирсанов В.В., Степанова Н.Ю., Смолко A.A. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2007. - Специальный выпуск. - С.64-74.

17. Горский В.Г. Анализ аварийного риска и обеспечение безопасности химически опасных объектов / Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Кирсанов В.В., Терещенко Г.Ф. // Химическая промышленность. - 2002. - №4. -С.3-13.

18. Горский В.Г. Новый подход к проблеме классификации химически опасных объектов / Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Громова Т.В., Швыряев Б.В., Кирсанов В.В., Полков А.Б. // Химическая технология. - 2002. -№10.-С.23-27.

19. Горский В.Г. Анализ и модификация типовой модели аварийного загрязнения атмосферы / Горский В.Г., Гриценко A.A., Швецова-Шиловская Т.Н., Кирсанов В.В. // Компрессорная техника и пневматика. - 2006. - №8. -С.29-31.

20. Кирсанов В.В. Обеспечение экологической безопасности на ОАО «Казаньоргсинтез» / Кирсанов В.В. // Безопасность жизнедеятельности. - 2005. -№7. -С.34-36.

21. Кирсанов В.В. Определение влияния коэффициента рециркуляции и времени аэрации на эффективность биоокисления основных загрязнений химстока в аэротенках / Кирсанов В.В., Гицарева Е.В., Смолко A.A. // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - №3. - С.86-89.

22. Кирсанов В.В. Исследование влияния кислородного режима и концентрации активного ила на эффективность биодеструкции во времени основных загрязнений химстока при предельных нагрузках / Кирсанов В.В. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2008. - №10. - С.19-25.

23. Кирсанов В.В. Исследование влияния равномерно-рассредоточенного распределения потоков активного ила и химстока на эффективность очистки сточных вод в аэротенке / Кирсанов В.В., Гицарева Е.В., Смолко A.A. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2008. - №10. - С.14-19.

Научные статьи, материалы, тезисы

24. Кирсанов В.В. Вопросы безопасности труда - на должный уровень / Кирсанов В.В. // Безопасность труда в промышленности. - 1997. - №9. - С.63-64.

25. Кирсанов В.В. Классификация наиболее типичных нарушений правил и норм экологической и производственной безопасности при реконструкции и строительстве объектов нефтехимического комплекса / Кирсанов В.В. // Безопасность труда в промышленности. - 2007. - №9. - С. 72-74.

26. Кирсанов В.В. Совершенствование системы профилактической работы по повышению безопасности в ОАО «Казаньоргсинтез» / Кирсанов В.В., Гимранов Ф.М. // Безопасность труда в промышленности. - 1998. -№11.- С.36-39.

27. Кирсанов В.В. Система экологической безопасности на ОАО «Казаньоргсинтез» / Кирсанов В.В. II Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2007. - №1. - С.37-39.

28. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность и экология нефтехимических производств / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2007. - №1. - С.36-37.

29. Мингазетдинов И.Х. Оценка надежности «человек-машина-среда» / Мингазетдинов И.Х., Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2007. - №1. - С.42.

30. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность - концептуальное определение технического регулирования / Кирсанов В.В. // Вестник Татарстанского отделения Республиканской экологической академии. - 2006. -№4.-С.11-13.

31. Кирсанов В.В. Способ комплексного мониторинга района выпуска сточных вод с помощью гидробиологических методов анализа / Кирсанов В.В., Степанова Н.Ю., Смолко A.A. // Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2008. - №1. - С.47-54.

32. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность трубопроводных систем / Кирсанов В.В., Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Нефть Газ Промышленность. - 2006. - №6. - С.36-37.

33. Кирсанов В.В. Современному предприятию необходима современная система экологического менеджмента / Кирсанов В.В. // Рециклинг отходов. -2006. - №6. - С. 19-20.

34. Кирсанов В.В. Анализ производственного травматизма в АО «Казаньоргсинтез» и снижение его на основе определения зависимости источников возникновения, причин и других факторов / Кирсанов В.В. // Техническая безопасность и охрана труда в химической и нефтехимической промышленности. Экспресс-информация, ОАО «НИИТЭХИМ», 1998. - №6. -С.11-14.

35. Кирсанов В.В. Профилактика технической безопасности на основе экспоненциального закона распределения случайной величины теории вероятности для анализа и прогнозирования травматизма / Кирсанов В.В. // Техническая безопасность и охрана труда в химической и нефтехимической

промышленности. Экспресс-информация, ОАО «НИИТЭХИМ», 1999. - №2. -С.25-30.

36. Кирсанов В.В. Теория вероятностей: прогнозирование и профилактика травматизма / Кирсанов В.В. // Охрана труда и социальное страхование. - iyjj. -№6. - С.69-71.

37. Кирсанов В.В. Промышленная безопасность нефтехимического комплекса / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Глобальные проблемы экологизации в Европейском сообществе. Сборник трудов Международной конференции, посвященной 10-летию образования Международного информационно-экологического парламента. - Казань, 2006. - С.76-77.

38. Кирсанов В.В. Производственный контроль-основа мониторинга промышленной безопасности ОАО «Казаньоргсинтез» / Кирсанов В.В. // Сборник материалов научно-практической конференции. Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды. - М., 2005. С.148-153.

39. Кирсанов В.В. Модернизация технологии биологических очистных сооружений нефтехимического комплекса / Кирсанов В.В., Глебов А.Н., Фролов Д.В. // Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2007. - №2. -С. 104-107.

40. Гамиев P.A. Объединенные химические твердые отходы: характеристика с точки зрения биоремедиации / Галлиев P.A., Гицарева Е.В., Гайнуллин Н.С., Поташкин А.Ф., Кирсанов В.В., Наумова Р.П. // Сборник трудов конференции «Обработка и утилизация осадков сточных вод: состояние, тенденции, перспективы» - М. 2006. - С. 220-222.

41. Кирсанов В.В. Исследования влияния кислородного, температурного режимов и рабочей дозы активного ила в аэротенках на эффективность биологической очистки сточных вод / Кирсанов В.В. // Сборник трудов 1П научной конференции «Промышленная экология и безопасность». - Казань, 2008.

42. Кирсанов В.В. Способ определения полноты биоочистки химзагрязненных сточных вод с помощью адсорбционной способности активного ила / Кирсанов В.В. // Сборник трудов III научной конференции «Промышленная экология и безопасность». - Казань, 2008.

43. Кирсанов В.В. Влияние возраста активного ила на эффективность биодеструкции химическизагрязненных сточных вод предприятий нефтехимического комплекса в условиях нестабильных нагрузок / Кирсанов В.В. // Сборник трудов III научной конференции «Промышленная экология и безопасность». - Казань, 2008.

44. Кирсанов В.В. Об эффективности функционирования интегрированной системы менеджмента качества и экологического менеджмента в ОАО «Казаньоргсинтез» / Кирсанов В.В., Веселовский С.П., Смолко A.A., Парамонова И.А. // Международная юбилейная научно-практическая конференция «Передовые технологии и перспективы развития ОАО «Казаньоргсинтез». - Казань, 2008.

Издательство «Экоцентр» Лицензия Минпечати РТ № 0307 от 8.06.2000

_Без объявл. - 2008_

Отпечатано с готового оригинал-макета. Печать RISO. Бумага офсет 1. Формат 60*84 1/16.

_Объем 2,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 19._

Отпечатано на полиграфическом участке издательства «Экоцентр» г. Казань, ул. Четаева, 18

Содержание диссертации, доктора технических наук, Кирсанов, Владимир Васильевич

Список условных сокращений.

Введение.

Глава 1. Система мониторинга природоохранной деятельности предприятий нефтехимического комплекса.

1.1. Комплексная оценка воздействия на водоем сточных вод нефтехимических производств.

1.2. Двухстадийный мониторинг природоохранной деятельности предприятий нефтехимического комплекса.

1.3. Оценка воздействия загрязняющих веществ водоема рыбохозяйственного назначения на здоровье населения.

Глава 2. Экологическая безопасность, как единая структурная составляющая промышленной безопасности предприятий нефтехимического комплекса.

2.1. Надежность и безопасность техногенных систем.

2.2. Промышленная безопасность продуктопроводных систем.

2.3. Анализ факторов риска в нефтехимическом комплексе и обоснование мероприятий по обеспечению эколого-промышленной безопасности.

2.3.1. Система оценок аномальных производственных ситуаций. Новая шкала градации инцидентов и аварий.

2.3.2. Новый подход к проблеме классификации химически опасных объектов.

2.4. Анализ аварийного риска, определяющего выбросы загрязняющих веществ на химически опасных объектах.

2.5. Обоснование мероприятий по совершенствованию экологической безопасности на базе промышленной безопасности.

2.5.1. Трехступенчатая технико-профилактическая работа по обеспечению эколого-промышленной безопасности.

2.5.2. Методика расчета оценки технико-профилактической работы по обеспечению эколого-промышленной безопасности.

2.5.3. Система подготовки и двухэтапной проверки знаний технологического персонала как составная часть обеспечения экологической безопасности.

Глава 3. Методология адаптации очистных сооружений производств нефтехимического комплекса в связи с расширением ассортимента и объемов производств.

3.1. Исследование влияния равномерно рассредоточенного распределения потоков активного ила и химстока на эффективность биоочистки в аэротенках.

3.2. Влияние соотношения подачи активного ила и химстока, времени аэрации на эффективность биоокисления загрязняющих веществ химстока

3.3. Влияние подачи кислорода, температурного режима и дозы активного ила в аэротенках на эффективность биологической очистки сточных вод химического предприятия.

3.4. Прогнозирование степени биоочистки сточных вод по достижению сорбционно-десорбционного равновесия между сточной водой и поверхностью активного ила.

3.5. Исследование влияния на биоочистку сточных вод применения полиэтиленоксида и штамма дрожжей Rhodotorula mucilaginosa.

3.6. Влияние возраста активного ила на эффективность биодеструкции в условиях повышенных нагрузок предприятий нефтехимического комплекса.

3.7. Безреагентное обеззараживание сточных вод комплексным последовательным воздействием избыточного активного ила и химстока по трехстадийной технологии.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Научно-технические основы совершенствования системы мониторинга, управления экологической безопасностью и процессами биоочистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса"

Идеология решения проблем окружающей природной среды, вызванных антропогенной деятельностью все больше склоняется к реализации предотвращения образования отходов в самом производстве (Prevention Pollution) В этом аспекте следует обратить внимание на возможность возникновения и предотвращения чрезвычайных ситуаций на производствах.

Проблема защиты от чрезвычайных ситуаций, связанных с производственной деятельностью человека, вызывающих многократное превышение предельно-допустимых концентраций поллютантов, возникла одновременно с появлением опасных химических производств. Впервые серьезное внимание к крупным промышленным авариям было привлечено после аварий 1970-80х гг. на химических предприятиях, в результате которых пострадали сотни людей, нанесен непоправимый ущерб природной среде.

Резолюция третьей Всероссийской конференции «Новые приоритеты национальной экологической политики в реальном секторе экономики» констатирует:

В России отсутствует единая государственная политика и государственное регулирование в сфере охраны окружающей среды, касающаяся экологического мониторинга, экологического нормирования, экологического образования. Все еще продолжается распределение функций и полномочий в данной сфере между, как минимум, одиннадцатью ведомствами (МПР, Росприроднадзор, Ростехнадзор, Росгидромет, Россельхознадзор, Росрыболовство, Минпромэнерго, Минэкономразвития, Минсельхоз, Росземкадастр), многие функции оказались вне их компетенции» [1].

Исследования показывают, что 60-80% отклонений от регламентных режимов, обуславливающих образование и выбросы (сбросы) ЗВ происходят по вине самих работающих; из-за неудовлетворительного технического состояния оборудования; неудовлетворительной организации и проведения опасных видов работ; нарушения технологической, трудовой дисциплины; при пуске установок после ремонта. Последнее часто проявляется в виде пиковых нагрузок на работе очистных сооружений. Вклад химической и нефтехимической промышленности в суммарном загрязнении ОПС всей промышленностью РФ в период с 2000 по 2005гг. выражается следующими цифрами [2]:

Воздействие на окружающую среду в 2005 году, тыс.т Табл.1

Отрасль экономики Отходы Сбросы Выбросы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ 2634,9 18534,5 20491,3

Промышленность 2599,4 5664,0 16732,5

Нефтедобывающая 1442,9 1329,9 4195,0

Цветная металлургия 459,3 1126,1 3287,1

Электроэнергетика 429,0 685,1 3257,7

Черная металлургия 133,2 609,5 2202,6

Угольная 57,5 445,5 757,3

Газовая 34,0 443,0 650,7

Нефтеперерабатывающая 15,8 413,8 581,2

Промышленность строительных материалов 12,9 210,3 474,0

Химическая и нефтехимическая 7,9 108,5 407,6

Машиностроение и металлообработка 1,0 95,9 340,1

Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная 0,6 56,9 303,5

Пищевая 0,3 10,7 142,6

Легкая 0,1 3,7 26,6

Жилищно-коммунальное хозяйство 14,5 11432,3 991,2

Сельское хозяйство 12,5 1282,7 119,4

Транспорт 8,4 155,5 2136,9 в т. ч. трубопроводный транспорт общего пользования 2634,9 18534,5 1826,0

Прочие отрасли экономики 2599,4 5664,0 511,3

Кажущаяся положительная тенденция снижения в процентах поступления ЗВ в окружающую среду на самом деле не отражает истинного положения, ибо объем их увеличивается. ч

Одной из проблем, связанных с разработкой оперативных, текущих и перспективных технологических мероприятий, обеспечивающих нормативные сбросы стоков, является объективная и комплексная оценка не только поингредиентная количественная характеристика состава, но и метод биомониторинга, позволяющий подойти к объективному методу нормирования — предельно допустимой экологической нагрузке. Значительная доля (-30%) заболеваемости населения основными нозологическими формами обусловлена экологическими факторами [1]. В связи с этим, актуальным является проведенная в настоящей работе санитарно-гигиеническая оценка влияния на здоровье населения территории прилегающей к промышленным предприятиям воздействия производных хлора, образующихся при обеззараживании стоков производств органического синтеза хлором. Бесспорно, актуальной нужно считать разработку альтернативной, безреагентной технологии обеззараживания стоков сапрофитной микрофлорой АИ на основе естественных природных процессов.

Фиксируемый на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности страны уровень аварийности, вызывающий неблагополучное состояние ОПС требует анализа, и разработки системы мер для предотвращения чрезвычайных ситуаций (ЧС). Следует отметить, что методологические аспекты решения проблем ОПС в связи с возможностью возникновения ЧС требуют детальной проработки.

Расширяющийся ассортимент выпускаемой продукции наряду с увеличением объемов производства на предприятиях органического синтеза усложняет работу очистных процессов, осуществляемых в аэротенках. Селективная адаптация биоценоза АИ не позволяет достичь требуемых параметров сточных вод, направляемых в поверхностные воды.

Актуальным в связи с этим является последовательный анализ, разработка и применение методологии реконструкции биоочистных сооруэюений производств органического синтеза, сконструированных изначально для решения задач очистки сточных вод с более ограниченной номенклатурой поллютантов и объемов производственных стоков.

Увеличивающаяся антропогенная нагрузка на водоемы страны и существующая оценка воздействия сточных вод на водоемы по ПДК требует изменения концепции экологического контроля — применения комплексного физико-химического и биологического мониторинга района выпуска сточных вод предприятий НХК. Интегральная оценка воздействия на водоем сточных вод системой комплексного мониторинга позволит оценить санитарное состояние водоема, определить степень, характер загрязнения, пути его распространения в водоеме и дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

На основе анализа процессов биоокисления поллютантов производственных стоков объединения «Казаньоргсинтез», являющимся одним из крупных и типичных по технологии предприятием НХК, разработана методология интенсификации очистки в аэротенках, использующая основные факторы, обусловливающие степень биодеструкции в условиях штатного режима и залповых сбросов ЗВ.

Разработан двухэтапный пятиуровневый мониторинг за источниками сбросов ЗВ по всей цепочке распространения - начиная от технологической установки до водоприемника с учетом времени распространения.

Дан анализ разработанной шкалы оценок аномальных производственных ситуаций, позволяющей классифицировать нештатные события по классам, уровням, границам распространения, что в свою очередь дает возможность оценить степень безопасности предприятия и на основе ее разработать для последующей реализации целенаправленные организационно-технические, мероприятия по повышению безопасности производства, влекущую за собой экологическую безопасность.

Практическая реализация разработанного методологического обеспечения мероприятий по экологической безопасности внедрена на крупнейшем химическом предприятии страны ОАО «Казаньоргсинтез».

Актуальность проблемы. Возросший на предприятиях НХК страны уровень аварийности, вызывающий неблагополучное состояние ОПС является следствием многих причин, основными из которых являются следующие:

1. Отсутствие единого государственного органа по разработке, внедрению и координированию всех направлений комплекса научно-исследовательских, проектно-конструкторских работ, обеспечивающих экологическую безопасность технологий ХОО;

2. Уменьшение инновационной, инвестиционной деятельности, снижение уровня НИОКР для введения новых производств, разработок в нефтехимической технологии, обеспечивающих экологическую безопасность;

3. Законодательно установленные в стране две градации нештатных производственных ситуаций на опасных химических объектах — инцидент и авария, не позволяют идентифицировать аномальные события в различных разновидностях их проявлений, предшествуюгцих инциденту и классификации аварии, так как аварии по уровням, границам распространения и воздействиям на ОПС в реальности бывают совершенно разные; необходима разработка новой шкалы ог{енок преданомалъных и аномальных ситуаций;

4. Действующая в стране система экологического контроля, включая нормирование, прогноз и управление, основанная на концепции предельно допустимых концентраций ЗВ (ПДК), экологически не обоснована, так как не учитывает антропогенную нагрузку на водоем по гидробиологическим показателям;

5. Отсутствие на предприятиях отрасли комплексной системы экологического мониторинга, основанного на поэтапном контроле за сбросами ЗВ, начиная от источника - технологической установки и до сброса в водоем, основанного на: а) учете времени прохождения по всем этапам и непрерывности, минимизирующих время принятия оперативных превентивных мер по локализации; б) приоритетности мониторинга технологической установки, как источника сбросов; в) участии в экологическом мониторинге технологического сменного персонала, в том числе рабочих; г) идентификации сбросов, выбросов поллютантов.

6. Негативное влияние на водоем и человека хлорпроизводных соединений, обладающих высокой токсичностью, мутагенностью и концерогенностью и отсутствие в отрасли безреагентных методов обеззараживания сточных вод, основанных на естественных природных процессах;

7. Отсутствие методологии интенсификации биологической очистки, адаптированной к возросшим нагрузкам по количеству сточных вод и концентрации ЗВ на предприятиях НХК и возникшей необходимости достижения концентрации поллютантов в сбросных водах ниже фоновых в водоеме.

Целью исследования является, прежде всего, многоуровневый анализ статистических данных экологической безопасности, как составляющей, промышленной безопасности на предприятиях «Казаньоргсинтез», «Нижнекамскнефтехим», «Нефтехимсэвилен», «Казанский завод синтетического каучука» и других предприятиях отрасли;

- технологических проблем, препятствующих снижению уровня сбросов загрязнений в ОПС;

- разработка многоуровневой системы мониторинга загрязнений на всех этапах их образования на ХОО от источника — технологического аппарата, установки - до «хвостового» сброса ЗВ;

- контроля воды водоприемника помимо физико-химических методов анализа дополнением системой гидробиологических методов анализа;

- разработка шкалы оценок предаварийных и аварийных ситуаций, позволяющей прогнозировать и минимизировать количество аварий, инцидентов, сопровождающихся сбросами, выбросами ТХВ;

- разработка методологии повышения степени биодеградации трудноокисляемых ингредиентов промышленного стока химического предприятия в условиях штатного технологического режима и в нештатных ситуациях малозатратным и эффективным регулированием возраста АИ, коррелируемым концентрацией загрязнений в поступающем водном стоке;

- определение влияния хлорорганических и иных соединений образующихся при обеззараживании сточных вод методом хлорирования на здоровье населения в месте сброса стоков предприятий (на примере г.Казани) и разработка безреагентного способа обеззараживания сточных вод предприятий органического синтеза, основанного на естественных условиях жизнедеятельности микроорганизмов;

- разработка метода определения степени биоочистки сточных вод по достижению сорбцгюнно-десорбционного равновесия концентрации ЗВ в очищенной воде и в фугате;

- разработка методологии интенсификации процессов биоочистки регулированием концентрации АИ, кислорода, способом распределения подачи химстока, АИ и их соотношением.

Научная новизна.

Впервые на основании исследования состава, свойств основных ЗВ сточных вод предприятия НХК разработан многоуровневый мониторинг сбросов загрязняющих веществ со сточными водами по технологической цепочке - от источника загрязнения до водоема - с учетом времени распространения, позволяющий проследить изменение поллютантов во времени и на основании индекса экологической значимости, определенного по разработанной методике, оценить экологическую безопасность компонентов СВ для сброса в водоем:

• Разработана схема определения допустимой антропогенной нагрузки со сточными водами предприятия НХК на водоем по результатам комплексного физико-химического и биологического мониторинга очищенных сточных вод.

• Впервые разработана система оценок преданомальных и аномальных производственных ситуаций предприятий НХК по расширенной шкале, позволяющая минимизировать развитие отклонения в технологическом процессе в инцидент и предотвращающего загрязнение окружающей среды.

• Для предприятия НХК разработана методика трехступенчатой технико-профилактических мероприятий по систематизации и повышению уровня экологической и промышленной безопасности.

На основании исследования биотических, абиотических факторов, конструкции аэротенков, определяющих эффективность биоочистки и по результатам комплексного многоуровневого мониторинга сбросов ЗВ со сточными водами впервые разработана методология интенсификации биоочистки химстоков, заключающаяся в следующем:

• Впервые исследовано и методически обосновано влияние равномерно — рассредоточенного распределения потоков химстока и активного ила в аэротенках, позволяющее выровнять распределение кислорода, сорбцию загрязняющих веществ активным илом. Применение указанного метода для интенсификации биоочистки позволило снизить ХПК на 15,7 %, токсичность — на 18,0%, фенол - на 0,002 мг/дм , скорость окисления увеличить на 0,39 мг ХПК г/час.

• Впервые для предприятий НХК разработан промышленный способ безреагентного обеззараживания сточных вод, позволяющий исключить обработку хлором и повысить эффективность обеззараживания.

• Выявленная закономерность зависимости эффективности биоочистки от возраста АИ с учетом введенного поправочного коэффициента, позволила оперативно регулировать работу аэротенков в различных технологических режимах.

• На основании исследования влияния концентрации кислорода, АИ, температуры, соотношения подачи в аэротенк АИ и химстока, периода аэрации, выявлены оптимальные их значения для эффективной биоочистки сточных вод предприятия НХК.

• Исследованы сорбционные свойства АИ определением кинетики биохимического окисления основных ЗВ химстока, по результатам которых определен оптимальный период окисления отдельных поллютантов и показана возможность применения данного способа для оперативной оценки полноты биоокисления ЗВ.

Практическая значимость.

• В соответствии с международным стандартом ИСО 14001 (ГОСТ Р ИСО 14001-2007) разработан двухстадийный пятиуровневый мониторинг сбросов, выбросов загрязняющих веществ по технологической цепочке образования и трансформации ЗВ с учетом времени распространения, основанный: на непрерывном круглосуточном мониторинге за сбросами, выбросами на технологической установке; периодическом комплексном мониторинге на конечной стадии распространения в водоеме; на расчетном определении индекса экологической значимости (1э.3.) сбросов, выбросов.

Указанный мониторинг позволяет стабилизировать экологическую ситуацию в условиях повышенных нагрузок на технологические установки способом оперативного выявления и локализации источников сбросов, выбросов.

• На основании проведенных комплексных исследований по физико-химическим и биологическим показателям водоема в месте выпуска сточных вод показано, что разработанный способ мониторинга позволяет определить уровень антропогенной нагрузки, базируясь на котором необходимо принимать целенаправленные (точечные) инженерные решения по минимизации сбросов.

• Проведенный мониторинг заболеваемости населения, проживающего в районе сброса сточных вод, позволяет оценить влияние на здоровье населения загрязняющих веществ, в том числе хлоропроизводных, образуемых при обеззараживании хлором сточных вод предприятий.

• Впервые разработанная для предприятий НХК трехступенчатая технико-профилактическая работа по систематизации и повышению эколого-промышленной безопасности, позволяет стабилизировать работу технологических установок и уменьшить сбросы, выбросы загрязняющих веществ.

• Впервые разработанная методика двухэтапной проверки знаний, включающая теоретическую проверку и реализацию технологического процесса в соответствии с требованиями экологических норм позволяет повысить эколого-промышленную безопасность.

• Разработан способ безреагентного обеззараживания сточных вод малозатратным, безопасным, эффективным применением естественных процессов взаимоотношений микроорганизмов по трехстадийной технологии позволяющий достичь эффективности по ОКБ до 97,5%, ТКБ до 99,4%.

• Впервые предложенная расширенная градация оценок преданомалъных и аномальных производственных ситуаций предприятий НХК позволяет идентифицировать инциденты и аварии для разработки технико-профилактических мероприятий; введение градации - предотклонение минимизирует развитие отклонения в технологическом режиме в инцидент и далее в аварию и предотвратить сброс, выброс загрязняющих веществ в ОПС.

• Для определения возраста активного ила на основании проведенных в работе исследований использован поправочный коэффициент, учитывающий колебания нагрузок, характерные для предприятий НХК. Выявленная закономерность изменения степени деструкции от возраста ила позволило оперативно регулировать работу аэротенка при залповых сбросах химстоков изменением количества отводимого избыточного ила.

• Определенное в результате исследований оптимальное соотношение подачи активного ила и химстока в аэротенк, позволило применить для регулирования биоочистки в штатных и аномальных режимах работы технологических установок.

• В результате исследования влияния на процесс биоочистки концентрации активного ила, кислорода, температуры показаны оптимальные их значения для стабилизации работы аэротенков в различных условиях по сбросам загрязняющих веществ.

• Показана возможность применения сорбционно-десорбционных свойств активного ила для оперативного определения полноты биоокисления отдельных поллютантов и выявления оптимального времени окисления.

Реализация работы. Основные положения работы использованы:

1) в процессе планирования и последующего внедрения технических мероприятий по интенсификации процессов биоокисления СПАВ, этиленгликоля, фенола, ХПК в аэротенках по результатам двухстадийного мониторинга по пяти уровням распространения сбросов с учетом времени запаздывания;

2) при биообеззараживании (безреагентной обработке) сточных вод избыточным активным илом вместо реагентного способа хлорированием;

3) в процессе систематического численного определения индекса экологической значимости природоохранной деятельности подразделений предприятия, по результатам которого разрабатываются и внедряются технические организационные мероприятия по уменьшению экологической опасности;

4) система комплексного мониторинга по физико-химическим и гидробиологическим показателям места сброса сточных вод в водоем, используется для оценки влияния поллютантов на планктон, ДО, планирования и реализации последующих технологических решений по корректирующим мероприятиям;

5) в разработке методологии интенсификации биоочистки ЗВ сточных вод предприятий НХК используется регулирование возраста АИ, концентрации АИ, кислорода, равномерно-рассредоточенное распределение потоков химстока и АИ в аэротенках, метод определения периода биоочистки с помощью адсорбционной способности АИ для повышения степени биоокисления в условиях штатных режимов эксплуатации и при аномальных сбросах;

6) в процессе осуществления ежесменного круглосуточного мониторинга сменным технологическим персоналом, руководителями и специалистами за экологической безопасностью технологического процесса.

Материалы диссертации используются в:

1. ЗАО «Технориск», г. Саратов;

2. МП «Тепловодоканал», г. Братск;

3. ТОО «Атырауский нефтеперерабатывающий завод», г. Атырау, Республика Казахстан;

4. ОАО «Нефтехимсэвилен», г. Казань;

5. ОАО «Нижнекамскнефтехим», г. Нижнекамск;

6. ООО «Центр безопасности и гигиены труда», г. Москва;

7. ОАО «Генерирующая компания», г. Казань;

8. ОАО «Хитон», г. Казань;

9. ООО НЛП «Нефтехимия», г. Москва;

10. в учебном процессе кафедры инженерной экологии Казанского Государственного технологического университета, кафедры общей химии и экологии Казанского Государственного технического университета им. Туполева, кафедры прикладной экологии Казанского Государственного университета, г. Казань.

В результате использования указанных в диссертационной работе методических разработок по интенсификации биоочистки сточных вод предприятия НХК вследствие снижения антропогенной нагрузки на водоем получен эколого - экономический эффект в размере 512 011 559 руб.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были доложены на Международной конференции «Глобальные проблемы экологизации в Европейском сообществе», г. Казань, 2006; региональной научной конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды», Чебоксары, 2006; Научной конференции «Промышленная экология и безопасность», Казань, 2006; второй научно-практической конференции «Современные тенденции и направления в химических производствах», Екатеринбург, 2006; на научных семинарах кафедры промышленной безопасности КГТУ; кафедре общей химии и экологии КГТУ им. А.Н. Туполева; ОАО «Казаньоргсинтез».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 44 работы, из них 16 работ в периодических изданиях, рекомендованных ВАК России, в журналах «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», «Химическая промышленность сегодня», «Экология урбанизированных территорий», «Химическая промышленность», «Химическая технология», «Экология и промышленность России», «Компрессорная техника и пневматика», «Безопасность жизнедеятельности», «Безопасность труда в промышленности», «Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева», «Известия Самарского научного центра Российской академии наук», «Рециклинг отходов», «Журнал экологии и промышленной безопасности», «Вестник татарстанского отделения российской экологической академии», «Нефть, Газ, Промышленность», Сборнике материалов научно-практической конференции «Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды», тезисах докладов на конференциях, 2 монографии. Результаты исследования защищены двумя патентами РФ на изобретения и тремя авторскими свидетельствами РФ на изобретения.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов работы, выводов, списка литературы, приложений. Материалы диссертации изложены на 249 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 55 таблиц, 14 приложений. Список цитируемой литературы включает 256 наименования.