Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ЗАЩИТА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ ПОЛИГОНА «КРАСНЫЙ БОР»

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ЗАЩИТА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ ПОЛИГОНА «КРАСНЫЙ БОР»"



На правах рукописи —

ПЛЮЩ Людмила Владимировна

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ЗАЩИТА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ ПОЛИГОНА «КРАСНЫЙ БОР»

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2002

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент

Мария Анатольевна Пашкевич

Официальные оппоненты;

доктор технических наук, профессор

Юрий Александрович Феофанов,

кандидат технических наук, доцент

Абрам Мордухович Беленький

Ведущее предприятие — ОАО «Механобр-техника».

Защита диссертации '.«тся 20 мая 2002г. в 13 ч 15 мин ни ззсе.%»1!ш; . /г. ионного совета Д 212.224.06 в Саш:*-1к'! ^«¡уп.-ч :>>. удя >ственном горном институте н».-ль" > ге: шческом университете) по ад^^ч. .4« . г, 21-я линия, дом 2, ауд. Ха1.

С д!;- ртаан* I , . : библиотеке

Санкт-Петер«Ь ргсксго г. , г арного института.

Автореферат п«■ .¿пан 19 апреля 2002 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д.т.н., профессор Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

На протяжении многих лет рост промышленности, сопровождающийся образованием и накоплением разнообразных отходов, был неадекватен мероприятиям, снижающим его негативное влияние на природную среду, что предопределяет необходимость системного подхода, как к процессу захоронения отходов, так и к контролю за их воздействием. По данным мировой статистики, потребности современного человека обеспечиваются расходами 20-30 тонн в год различных видов минерального сырья, из которых, в лучшем случае, только 2-3 % переходят в конечную продукцию.

С 1967 года неутилизируемые токсичные отходы Северозападного региона РФ захораниваются на полигоне «Красный Бор». За более чем тридцатилетний период эксплуатации на полигоне, площадью 60 га, размещено около 1,5 млн. т отходов. К настоящему времени на территории земельного отвода полигона располагается более 70 карт-приемников отходов, более 95% которых прекратило свою эксплуатацию. Вследствие отсутствия новых площадей для захоронения отходов, действующие карты переполнены, что приводит к повышению интенсивности водной и воздушной миграции загрязняющих компонентов с территории хранилищ. В этой связи возникает необходимость оценки негативного воздействия полигона «Красный Бор» на природную среду и разработки мероприятий по оздоровлению неблагоприятной экологической обстановки.

Проблемы формирования хранилищ отходов нашли отражение в трудах ученых и специалистов различных стран (Гальперин A.M., Демин A.M., Моторина Л.В., Томаков П.И., Ферстер В., Шеф Х.Ю.). Большое внимание уделялось вопросам влияния хранилищ отходов на окружающую среду (Гольцова Н И., Шуберт Р., Певзнер М.Е.), водной миграции загрязняющих компонентов с территории хранилищ отходов (Мироненко В.А., Плотников Н.И., Гавич И.Н.). Делались попытки оценить риск воздействия техногенных массивов на приповерхностные отложения (Фишер В., Кехлинг Р.). Тем не менее, несмотря на высокую экологическую опасность полигонов захоронения отходов, комплексной, количественной оценки их воздействия на компоненты природной среды не проводилось.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ HAyMrtAFIj БИБЛИОТЕКА Мое«- пх.эдеммн

w. К. Л-'H^iwiio 1 ,

Основные положения диссертации базируются на результатах исследований и разработок, проведенных автором в 1997-2002 гг. в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете). Программы исследований и решения отдельных вопросов по теме диссертации предусматривались планом НИР института, Федеральной целевой программой «Государственная поддержка интеграции вузовской и фундаментальной науки», программой Минобразования РФ «Экология и рациональное природопользование».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - снижение техногенной нагрузки на природную среду в зоне влияния полигона «Красный Бор» на основе внедрения рациональной технологии утилизации жидких промышленных отходов.

ИДЕЯ РАБОТЫ: снижение экологической опасности в зоне влияния полигона "Красный Бор" достигается использованием физико-химических методов очистки токсичных отходов (обработкой раствором хлорного железа, отстаиванием, флотацией и адсорбцией)

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

анализ ла н дт афтно-геохи м и чес ко й обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки полигона «Красный Бор»;

- анализ воздействия полигона «Красный Бор» на компоненты природной среды: подземные и поверхностные воды, атмосферный воздух, почвенный покров, биоту;

определение параметров и показателей технологии, обеспечивающей эффективное обезвреживание территории полигона «Красный Бор»;

обоснование и проверка основных стадий рациональной технологии утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор» с эколого-экономической оценкой;

разработка схемы технологического процесса утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор».

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ: выявлены закономерности формирования атмо-, лито- и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения в районе воздействия техногенного массива полигона «Красный Бор» в зависимости от

уровня природной и технической защищенности компонентов природной среды;

предложен системный подход к оценке негативного воздействия полигона захоронения отходов, базирующийся на количественной оценке эколого-экономического ущерба;

установлены, на основе метода осаждения соответствующих гидроксидов, закономерности распределения комплексе но в в жидких промышленных отходах.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Складирование промышленных отходов на полигоне «Красный Бор» приводит к формированию атмохимического ореола загрязнения площадью 450 га, гидрогеохимического ореола загрязнения площадью 750 га и л итохи м иче с кого ореола загрязнения площадью 670 га, с распределением концентраций тяжелых металлов и органических соединений по экспоненциальному закону в зависимости от природной и технической защищенности компонентов природной среды от загрязнения, формы нахождения загрязняющих компонентов в отходах, миграционной способности загрязнителей.

2. Оценка негативного воздействия полигона «Красный Бор» на природную среду с достаточной для практических целей точностью позволяет рассчитать эколого-экономический ущерб, выражающийся суммарной величиной ущербов негативных воздействий на подземные и поверхностные воды, атмосферный воздух, почвенный покров.

3. Рациональной технологией утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор» является извлечение ценных компонентов, содержащихся в отходах, путем раскомгшексования в ходе обработки раствором хлорного железа (БеС!з) и дальнейшей доочистки методами флотации и адсорбции.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В качестве основных методов исследований применялись системно-структурный анализ строения полигона, ореолов и потоков загрязнения в районе захоронения отходов, аналитические, л андшафтно-геохимические, биоиндикационные экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях, методы математической статистики, аналогового и численного моделирования, районирования. Кроме того, выполнен

комплекс экспериментальных исследований процесса физико-химической переработки отходов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечена использованием большого объема исходных материалов, современных методов анализа, доказана сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и исследованиями других авторов, экспериментальной проверкой основных рекомендаций,

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ: выполнена оценка контрастности ореолов и потоков загрязнения, формирующихся в районах воздействия полигона «Красный Бор»;

проведено эколого-экономическое обоснование метода безопасного захоронения отходов;

разработаны технологические решения по минимизации техногенного воздействия полигона «Красный Бор» на окружающую его среду;

определены оптимальные параметры рациональной технологии утилизации жидких промышленных отходов,

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА работы заключается: в постановке цели, задач и разработке методики исследований; в личном участии в проведении ла н д ш афтногеохим и ч ее ки х и биоиндикационных исследований в зоне воздействия полигона;

в проведении анализа влияния полигона «Красный Бор» на природную среду и оценке основных путей загрязнения компонентов окружающей среды;

в обосновании рациональной технологии утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор»;

в теоретических и экспериментальных исследованиях по оптимизации отдельных стадий процесса утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор»;

в эколого-экономической оценке технологии утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор».

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ осуществляется в следующих направлениях:

разработанные технические предложения по минимизации негативного воздействия и экологическому мониторингу зоны влияния полигона «Красный Бор» использовались при проектировании природоохранных мероприятий.

научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) при проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам: «Экология», «Геохимия окружающей среды», «Экологический мониторинг»;

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международных, Российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в том числе: Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. С-Петербург, 2000 г., 2001 г.), Международной конференции «Перспективы развития естественных наук в высшей школе» (г. Пермь, 2001 г.), Yi Международной экологической конференции «РИО+10: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (г. Москва, 2002 г.), VI Международной конференции «Биосфера и человек - проблемы взаимодействия» (г. Пенза, 2002 г.), Конференции «Металлургические технологии и экология в рамках выставки «Металлургия 2000»» (г. С-Петербург, 2000 г.).

ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 209 страниц машинописного текста, 66 рисунков, 49 таблиц и список литературы из 125 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н. Пашкевич М.А., профессору Шувалову Ю.В. за постоянное внимание и ценные советы, профессору Воронину H.H. за помощь при проведении экспериментальной работы, д.б.н. Шуйскому В.Ф. за научные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Складирование промышленных отходов на полигоне ■«Красный Бор» приводит к формированию атмохимического ореола загрязнения площадью 450 га, гндрогеохнмического ореола загрязнения площадью 750 га н лнтохимпческого ореола загрязнения площадью 670 га, с распределением концентраций тяжелых металлов и органических соединении по экспоненциальному закону в зависимости от природной н технической защищенности компонентов природной среды от загрязнения, формы нахождения загрязняющих компонентов в отходах, миграционной способности загрязнителей.

Полигон «Красный Бор» располагается в бассейне р. Невы, в Тосненском районе Ленинградской области. На территории полигона производится захоронение твердых и жидких токсичных отходов горно-металлургического и металлообрабатывающих производств, химической промышленности в «синих» кембрийских глинах, средней мощностью 80 м.

Проведение комплексной экологической экспертизы района техногенного воздействия полигона (бурение, опробование, химический анализ заскладированных отходов, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха, почв, атмосферных осадков, биоиндикация техногенного влияния) позволило выявить спектр основных загрязняющих компонентов, закономерности их распределение и аккумуляции в различных средах, установить структурные особенности формирования техногенных ореолов и потоков. Основными загрязняющими компонентами, мигрирующими с территории захоронения отходов, являются тяжелые металлы - медь, хром, цинк, кадмий, никель, свинец, ртуть и органические токсиканты - СПАВ, нефтепродукты, фенолформальдегид.

Ландшафтно-геохимические исследования показали значительное завышение проектного показателя защищенности природных вод района захоронения отходов (100% защищенность) по сравнению с реальными значениями. Установлено, что с территории полигона происходит водная миграция загрязняющих компонентов в реку Б, Ижорка, а затем в реку Неву и водозаборные сооружения Санкт-Петербурга (рис.1). Результатом техногенного преобразова-

ння состава поверхностных и подземных является формирование гидрогеохимического ореола загрязнения каплеобразной формы площадью порядка 750 га, контрастностью по Си (К*™* = 660), №

(К** = 75), гп (К** = 55), Сг (К** = 19,6). Коэффициент

суммарного загрязнения вод К, в северном направлении от границы полигона на протяжении 11 км изменяется от 1279 до 18.

^ - гидрогеохимический ореол загрязнения ^^ - атмохимический ореол загрязнения у^у - лнтохимннеский ореол загрязнения

Рис. 1. Карта распределения ореолов загрязнения в районе расположения полигона «Красный Бор»

Оценка аэротехногенного влияния полигона производилась по результатам лесопатологического обследования, лихеноиндикации (биоиндикация загрязнения по состоянию лишайников), снегсмет-рнческой съемки. Проведенные исследования позволили выявить структурные закономерности формирования техногенного атмохи-мического ореола загрязнения площадью 450 га, а так же перестло-

женного лнтохимического ореола площадью 670 га загрязнения, образующегося вследствие атмосферных выпадений, контрастных по меди, хрому, никелю, цинку и др (рис. 1). Спектр и содержание загрязняющих атмосферный воздух и приповерхностные отложения компонентов определяются технологическими особенностями процессов сжигания отходов.

На основании проведенных исследований определена экспоненциальная закономерность распределения (1) концентраций тяжелых металлов и органических соединений в природных водах в зависимости от природной и технической защищенности компонентов природной среды от загрязнения, формы нахождения загрязняющих компонентов в отходах, миграционной способности загрязнителей.

= с^ (1)

где С, - концентрация 1-го загрязняющего вещества, мг/л; С'мм -максимальная концентрация ¡-го компонента в истоке отводного канала, мг/л; е - основание натурального логарифма, ед.; г - расстояние от границы полигона, м; £ - константа для ¡-го загрязняющего вещества, м'1.

На рис. 2 показаны кривые распределения концентраций для различных загрязняющих веществ. Для каждой кривой выявлены параметры и вид уравнения (таблЛ).Также определена величина достоверности аппроксимации для каждого вещества: (Си - Я2 = 0,8466; N1 - Я2=0,8929; 2и - К2=0,8391; Сг- К2=0,8158), показывающая, какая доля общей дисперсии признака объяснена, благодаря выполненной аппроксимации.

Воздействие полигона на различные компоненты природной среды, заключающееся в загрязнении атмосферного воздуха, приповерхностных отложений, природных вод, в конечном итоге приводит к ухудшению показателей здоровья населения, которое проявляется в виде нарушения дыхательной, сердечно-сосудистой, иммунной систем, репродуктивной функции, онкологических заболеваний.

По результатам оценки медико-экологической ситуации в п. Красный Бор установлено, что 25% осмотренных детей нуждаются в дополнительном обследовании и лечении в стационаре, а 60,0 % детей - в постоянном наблюдении врачей-специалистов. Почти поло-

вина обследованных детей дошкольного возраста (43,75%) относится к группе часто и длительно болеющих детей. Эти показатели в 3-5 раз выше соответствующих показателей здоровья населения, рассчитанных в целом для Санкт-Петербурга.

расстояние от источника, м

Рис. 2. Распространение загрязнителей от границы полигона

2. Оценка негативного воздействия полигона «Красный Бор» на природную среду с достаточной для практических целен точностью позволяет рассчитать эколого-экономическнй ущерб, выражающийся суммарной величиной ущербов негативных воздействий на подземные и поверхностные воды, атмосферный воздух, почвенный покров.

Долговременное воздействие полигона «Красный Бор» при низком качестве систем безопасности, защитных и рекультивационных мероприятий привело к возникновению широкого спектра последствий его воздействия на окружающую среду. Ущерб техногенного воздействия полигона является многофакторной величиной, характеризующей последствия этого воздействия.

Для оценки ущерба предлагается использовать понятие эколого-эко ном и чес ко го ущерба как социального, экологического и морального ущербов в стоимостном выражении.

В качестве объектов природной среды, на которые распространяется воздействие полигона (рецепторов воздействия) выступают:

население, воздействие полигона на которое, проявляется в ухудшении показателей здоровья;

11

Таблица 1

Параметры для определения экспоненциальной зависимости водной миграции загрязнителей

от полигона « Срасный Бор»

Название загрязнителя С'тах, МГ/Л ДС'™*, МГ/л м"1 Д^м"1 Вид уравнения

Си 0,66 0,063 0,00061 6,08*10"5 Со = (0.66 ±0.063)* e"("-000614 ш •10~

№ 0,75 0,068 0,00058 5,39*10*' CNi - (0.75 ± 0.068)* е-Ц»58 * '1<г "К

2п 0,55 0,044 0,00054 6,79*1 О*5 Сл = (0.55 ± 0.044)* A'ms4 ± <"19 *10~

Сг 0,098 0,009 0,00065 7,67* i0"J Сс, = (0.098 ± 0.009)* e-(eooo6S 41A1 *1<г 5 К

земли, техногенное влияние на которые заключается в изъятии земельных площадей для размещения на них промышленных отходов, в снижении продуктивности земельных ресурсов, прилегающих к полигону, вследствие их загрязнения и нарушения, в ухудшении качества загрязненной сельскохозяйственной продукции;

природные воды, воздействие полигона на которые проявляется в их загрязнении, вследствие попадания загрязняющих компонентов в дренажные воды хранилищ отходов и дальнейшей миграции загрязнителей в подземные и поверхностные воды;

- атмосферный воздух, техногенное влияние на который заключается в его загрязнении, вследствие пыления с поверхности полигона и газовыделения, обусловленного химическими и биологическими процессами в заскладированных отходах;

минеральное сырье, которое теряется вследствие вымывания ценных компонентов из отходов иифильтрующимися через них атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами и сдувания ценных компонентов с пылью атмосферными потоками.

Таким образом, эколого-экономический ущерб воздействия техногенных массивов на окружающую среду рассчитывается по формуле:

л т

У = I 2 У... (2)

¡=и=1

где Уц - эколого-экономический ущерб от воздействия техногенного массива на ¡-ый компонент природной среды с учетом возникновения } последствий воздействия.

Эколого-экономический ущерб воздействия полигона для каждого из компонентов природной среды зависит от различных фуип факторов, таких как: токсичность загрязнителей; количество заскладированных загрязнителей; физическое состояние отходов; мобильность загрязнителей.

Степень уязвимости рецепторов определяется: защищенностью компонентов природной среды (природной и технической); удаленностью от техногенного массива; физико-географическими особенностями территории (розой ветров, средней скоростью, направлением и скоростью водных потоков, температурой, влажностью воздуха

И Пр.).

Основные формулы и количественное выражение эколого-экономических ущербов компонентам природной среды в зоне воздействия полигона «Красный Бор» представлены в табл.2.

3. Рациональной технологией утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор» является извлечение ценных компонентов, содержащихся в отходах, путем раском-плексования в ходе обработки раствором хлорного железа (РеС1з) и дальнейшей доочистки методами флотации и адсорбции.

В результате опробования и химического анализа жидких промышленных отходов, отобранных из различных карт полигона «Красный Бор», были определены: средние концентрации тяжеллых металлов в отходах в мг/л: Си-32; Сг-11,5; Са-4,1; Ъх\< 0,2; Со, 1; значение химического потребления кислорода (1400 мгО/л); общее содержание водо-растворимых органических веществ (2300 мг/л); общее солесодержание (28,4*10* мг/л); показатель рН (10,5); плотность р (1,02616 г/мл).

Высокое содержание меди, при высоких значениях показателя рН, свидетельствует о том, что она находится в растворе в составе комплексонов.

Повышенное содержание хрома может быть объяснено двумя причинами: наличием хрома (VI), существующего в растворе в анионной форме, а также наличием хрома (III), входящего в состав органических комплексонов, аналогично меди. Результаты кислотного рН -метрического титрования раствором соляной кислоты проб показывают, что исходные отходы содержат значительное количество (около 0,3 г-экв/л) анионов очень слабых кислот со средней константой диссоциации, характеризующейся величиной рКа - 9,0+0,2.

Очистку жидких отходов от тяжелых металлов предлагается вести по схеме, представленной на рис.3. Основными химическими процессами в представленной схеме являются: обработка отходов раствором хлорного железа, осаждение, флотация, адсорбция.

В качестве технологического приема «раскомплексования» ионов меди, хрома и других переходных металлов предлагается обработка жидких отходов раствором безводного хлорного железа РеС1з при его расходе 8,6 гРе/л. В общем виде, процесс раскомплексования металлов может быть описан реакцией:

Таблица 2

Эколого-экономический ущерб воздействия полигона «Красный Бор» на окружающую среду

Название ущерба Формула для ущерба Ущерб, млн руб/год

Эколого-экоио ми чески й ущерб воздействия полигона на атмосферный воздух к земли

Годовой ущерб от снижения продуктивности (урожайности) на запыленных землях 4,58

Годовой ущерб от снижения биологического качества с/х продукции 20,16

Годовой ущерб от потери качества почв в связи с их загрязнением породной пьшью или в связи с полной деградацией почвы 44,00

Годовой ущерб от затрат на нейтрализацию вредного воздействия загтыления с/х и лесных угодий Уи.1. ~ ^мп * * С6 у * А, 65,88

Годовой ущерб от потерь с/х продукции за время обезвреживания почв 935

Экологоокономическнй ущерб воздействия техногенных массивов на поверхностные и подземные воды

Годовой ущерб, причиняемый поверхностным и подземным водоемам н водотокам 1-1 1,05

Эколого-экономический ущерб потери ценных компонентов из заеклалнрованных отходов

Годовой ущерб от потери ценных компонентов с ннфкльтрующимися через техногенный массив водами УГ" 0,42 <>1 {

Эколого-экономический ущерб угрозы здоровью населения

Годовой ущерб, вызванный вследствие загрязнения атмосферного воздуха 2,38

Годовой ущерб, вызванный вследствие потребления загрязненных продуктов питания ■ ¿1«; • К)*®, • я, ^¿сКНс»)""" 1*1 м и 1,28

Годовой ущерб, вызванный вследствие загрязнения поверхностных н подземных вод, используемых для водоснабжения 1-1^1 1-11-1 2,84

ИТОГО ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ У1ЦЕРБОГ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНА 151.94

жидкие отходы полигона

раствор «синей» глины

РеСЬ

СаО

перемешивание

"V

отстаивание

нижний слив на переработку для полпенни ценных компонентов

ЫэЯ- нафтенат натрия

1-ая стадия флотации

пенный продукт

ИеСЬ

1-ый прием П-ой стадии флотации

пенный продукт

РеСЬ

СаО

Н-ой прием 11-ой стадии флотации

пенный продукт камерный продукт

________„У__________________„V

*-

сорбшюнная очистка на

спецткани ПМ

*

очищенная вода

Рис. 3. Технологическая схема процесса утилизации жидких промышленных отходов полигона «Красный Бор»

Ме1±т + = + Ме£, (3)

где Ме - металл; Ь - лиганд; и, ш - валентность соответственно металла и лиганды.

Эффективность удаления взвешенных веществ из сточных вод методом осаждения определяется степенью устойчивости дисперсионных систем. В результате проведенных исследований нарушения агрегативной устойчивости различными типами коагулянтов установлены закономерности процессов отстаивания. Предлагается в качестве коагулянта использовать «синие» глины, которые увеличивают объем осветленной части в 1,5 раза, с оптимальной концентрацией для осаждения гидрофобных осадков 4 г. глины на 1 л. отходов (рис. 4).

_ _Д4МЗмыямйни

- без

коагулянта -Ре-Мп конкреций -"синяя" глина

Время, ч.

О I ! 3 4 I I )1 910т313Ы191С1Ш1ЙЯ>2ШЗД4

Рис. 4. Зависимость объема осветленной воды от времени отстаивания при различных коагулянтах

Применение коагулянтов в водоочистке требует, прежде всего, обеспечения таких условий протекания процесса, при которых растворимость продуктов гидролиза была бы минимальной, что определяется, главным образом, значением рН системы.

Экспериментальным путем для данной системы было установлено, что оптимальным значением рН является 11,5, при котором объем осветленной части исходного раствора, составляет 55%. Поскольку, после операции «раскомплектования» раствор является кислым, с рН=3±0,12, то необходимое значение рН=11,5 достигается добавлением в раствор негашеной извести.

В ходе экспериментов установлена зависимость объема осветленной жидкости (V, %) от времени отстаивания 1 (час) при рН=11,5, которая аппроксимировалась уравнением:

V = -е~ь>а^> (4)

где Ущах - максимальный объем осветленной жидкости ( % ); е - основание натурального логарифма; Ь - интенсивность осветления жидкости (час"1); I - время отстаивания, час,

С помощью графика (рис. 5) определены значения всех параметров и относительные величины ошибок, которые достаточно малы:

V = (б8.8±0.9)^1-е-(°-365±0039Ь) (5)

Показатель эффективности аппроксимации составил 97 %.

В результате проведенных исследований рекомендована технология, включающая две последовательные стадии флотации. Рекомендованный режим первой стадии: расход нафтената натрия 0,1-0,2 моль на 1 моль металла и рН=Ю-И 1,5.

Вторая стадия флотации проводится без добавления собирателя в два последовательных приема при различных значения рН. Первый прием проводится при рН=3,5-4,0, за счет добавления раствора хлорного железа при его расходе 20-30 мгРе/л.

V, % —о— экспериментальные данные - - - расчетные данные

(, час

Рис. 5. Зависимость объема осветленной воды от времени отстаивания при рН=11,5 18

Второй прием проводится после добавления новой порции раствора хлорного железа при его расходе 5-10 мгБе/л и повышения рН до 10,5-11,0, за счет добавления извести.

Описанные выше методы обеспечивают очистку воды от ионов тяжелых металлов до значений ПДК рыбохозяйственного значения с эффективностью 99%, при этом содержание органических веществ в воде, то есть ХПК, практически не снижается. Для снижения ХПК в процессе очистки производится операция адсорбции, В качестве адсорбента используется спецткань ПМ, которая позволяет достичь 70% очистки от растворенных органических соединений.

По результатам проведенных экспериментальных исследований и определения количественных показателей на рис. 6 представлена аппаратурная схема рациональной технологии утилизации промышленных отходов полигона.

Для предложенной технологии рассчитаны основные технико-экономические показатели (табл. 3).

Таблица 3

Технико-экономические показатели технологии утилизации

токсичных отходов полигона "Красный Бор"

Наименование показателей Единица измерения Количество

Годовой объем перерабатываемых отходов полигона «Красный Пор» Ты с м* 26,28

Себестоимость 1 м! перерабатываемых отходов полигона «Красный Бор» Руб./м5 61,65 2,06

Капитальные затраты втом числе; - стоимость оборудования - стоимость строительно-монтажных работ • стоимость пуско-наладочны* работ Тыс. руб. 2327,13 1368,9 684,45 273.78

Эксплуатационные затраты в том числе: - на зарплату, отчисления в фонды и охрану труда - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования - на реагенты - на электроэнергию - на спецткань для сорбционион колоны - - прочие затраты Тыс. руб. 1440,24 565,83 410,4 210,0 155,85 93,5 4,66

Эффективность природоохранного мероприятия % 200

Рис. 6. Схема утилизации жидких отходов полигона «Красный Бор»

1 - насосы, 2 - реактор, 3 - отстойник, 4 - флотационные машины, 5 - сорб-циониая колона, 6 - емкость для раствора РеС13, 7 - емкость для коагулянта «синей» глины, 8 - емкость для раствора СаО, 9 - емкость для нафтеновой кислоты, 10 - емкости для РеС1з и СаО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи: снижение негативного влияния полигона «Красный Бор» на компоненты природной среды, на основе разработки технологии химической переработки жидких промышленных отходов, захораниваемых на полигоне.

Основные научные и практические выводы:

1. На основе многолетних натурных наблюдений за состоянием природных вод, атмосферного воздуха, приповерхностных отложений установлены закономерности формирования техногенных ореолов и потоков в районе воздействия полигона «Красный Бор», позволяющие выделить факторы его негативного воздействия. Формируются: атмохимический ореол загрязнения площадью 450 га, гидрогеохимический ореол загрязнения площадью 750 га, лито химический ореол площадью 670 га.

2. На основании проведенных ландшафтно-геохимических исследований определены закономерности распределения концентраций тяжелых металлов и органических соединений, в зависимости от природной и технической защищенности компонентов природной среды от загрязнения, формы нахождения загрязняющих компонентов в отходах, миграционной способности загрязнителей, характеризующиеся экспоненциальными зависимостями.

3. Оценен многофакторный эколого-экономический ущерб негативного влияния полигона на основе определения суммарной величины ущербов воздействия на здоровье населения, земельные ресурсы, природные воды, атмосферный воздух, потери ценных компонентов, составляющий более 151 млн руб. в год.

4. Разработана и научно обоснована рациональная технология утилизации промышленных отходов полигона «Красный Бор», базирующаяся на извлечении ценных компонентов путем раскомплексо-вания, в ходе обработки отходов раствором хлорного железа (РеСЬ) при его расходе 8,6 гре/л, и дальнейшей доочистки методами флотации и адсорбции.

5. Рекомендуется для нарушения агрегативной устойчивости раствора промышленных отходов использовать гетерогенную коагуля-

цию, а в качестве реагента - «синюю» глину с оптимальным расходом 4 г.глины/л, что позволяет оптимизировать процесс отстаивания.

6. На основании комплекса исследований проведена э ко л о го-экономическая оценка технологии утилизации отходов полигона, доказывающая целесообразность предложенного природоохранного мероприятия с эффективностью 200%.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Переработка жидких токсичных отходов захороненных на полигоне «Красный Бор» //Тезисы докладов конференции «Металлургические технологии и экология» 13-16 июня 2000 г., СПб, изд.: «Руда и металлы», 2000, - с. 30-31.(соавторы: И.А. Дибров, H.H. Воронин)

2. Проблема токсичных отходов Санкт-Петербурга и Ленинградской области //Сборник трудов молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета), изд.: СПГГИ, СПБ, 2001, вып. 6, - с. 124127.

3. Развитие теории и практики использования флотационных процессов в комплексной технологии очистки сточных вод до норм рыбохозяйственных водоемов //Сборник статей по программе «Научные исследования по экологии и рациональному природопользованию», изд.: СПГГИ, СПб, 2001, - с.197-200. (соавторы: И.А, Дибров, H.H. Воронин., Т.Е, Литвинова)

4. Исследование негативного воздействия техногенного массива полигона «Красный Бор» на компоненты природной среды //Перспективы развития естественных наук в высшей школе:: Труды международной научной конференции, изд.: Пермский университет, Пермь,2001, - с.94-97.(coaвтор: М.А. Пашкевич)

5. Воздействие хранилищ отходов на природную среду в горнопромышленных регионах Н Политехнический симпозиум «Молодые ученые-промышленности Северо-западного региона»: Материалы конференции, изд.: СПбГТУ, СПб, 2001, - с.49. (соавтор: М.В. Паршина)

6. Минимизация экологического ущерба путем очистки гальванических отходов полигона «Красный бор»// Записки горного института, изд.: СПГГИ, СПб, 2002, - с.132-136.

7. Метод оценки экологической безопасности захоронения промышленных отходов Северо-западного региона на полигоне «Красный Бор»// Региональная экология № 12 2001, изд.: СПбГТУ, СПб, 2001, - с.36-39. (соавтор: М.А. Пашкевич)

8. Анализ экологической безопасности захоронения промышленных отходов полигона «Красный Бор»// Материалы II Республиканской научно-практической конференции «Проблемы захоронения промышленных отходов в глубокие горизонты земных недр», изд.: Научная книга, Саратов, 2001, - 60-62 с. (соавтор: М.А, Пашкевич)

ГИЦСПГГИ. 16.04.2002- З.Ш.Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, 2