ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАМСКОГО ИННОВАЦИОННОГО ТЕРРИТОРИАЛЬНО- ОБОСОБЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЦЕНТРА «ИННОКАМ» В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН 17
1.1. Проблемы в области обеспечения экологической, техносферной и промышленной безопасности в Камском инновационном территориально обособленном производственном центре «ИННОКАМ» Республики Татарстан 24
1.2. Негативные воздействия иловых осадков сточных вод на окружающую среду 25
1.3. Анализ негативного воздействия иловых осадков сточных вод биотехносферы на окружающую среду в Нижнекамском регионе Республики Татарстан 61
1.4. Физико-химические свойства иловых осадков сточных вод, как субстрата пиролизной утилизации 66
1.5. Методологическая оценка пиролизной стерилизации и утилизации иловых осадков сточных вод и отходов жизнедеятельности животных и птиц 72
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 81
2.1. Анализ известных технологий, оптимальных параметров и оборудования для обеззараживания и утилизации иловых осадков сточных вод
биотехносферы 94
ГЛАВА 3.РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД И БИОТЕХНОСФЕРЫ 104
3.1. Разработка технологических решений с получением биогаза и удобрений 104
3.2 Анализ эколого-экономической эффективности предлагаемого способа обеззараживания и устройства для утилизации отходов иловых осадков сточных вод 113
ГЛАВА 4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА
БЕЗОПАСНОСТИ. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ УЧЕБНОГО И НАУЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА 125
4.1 Охрана труда при работе в учебных лабораториях кафедры химии и экологии НЧИ КФУ 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 138
Купить

В настоящее время биосфера Земного шара под влиянием антропогенной деятельности из естественной саморегулирующейся системы постепенно превращается в неуправляемо деградирующую систему, для обозначения которой в научной литературе все чаще используется термин «биотехносфера» [76].
На Земле последние два десятилетия наблюдается увеличение частотности и масштабов экстремальных природных биосферных и техносферных явлений. При этом наблюдается скачкообразное усиление природных катаклизмов на Земле в атмосфере, литосфере, гидросфере свидетельствуют о выделении чрезвычайно высокого уровня дополнительной экзогенной (внешней) и эндогенной (внутренней) энергии. Мы считаем, что предрасполагающими факторами такой ситуации на Земном шаре и далее возможно причиной образования и появления, не определяемой, как внешней, так и внутренней энергии в биотехносфере может быть чрезмерная антропогенная нагрузка и эксплуатация, не плановое распоряжение и
использование природных ресурсов. Все это несколькими столетиями сопровождается образованием и накоплением огромного количества производственных, коммунальных, бытовых, иловых осадков сточных вод, канализационных стоков, отходов и мусора различного происхождения. Накопившие отходы и мусор на урбанизированных территориях Земного шара и в том числе в регионах России создают препятствия естественным процессам восстановления и эволюции окружающей среды.
В России с численностью населения 148 млн. человек, в том числе городского населения свыше 100 млн. человек, расчетный объем образующихся отходов в виде осадков городских сточных вод оценивается примерно в 4,4 млн. тонн в год (по сухому веществу). Такое количество образующихся отходов требует значительных финансовых затрат, а так же производственных площадей для организации экологически безопасного их хранения.
Возможно, по этой причине происходит нарушения экологического равновесия между живыми организмами и средой их обитания, приводящие к нарушению биотехносферной безопасности, в местах обитания живых организмов включая и самого человека.
В настоящей работе рассматриваются «Методологические основы и принципы обеззараживания и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы».
Одним из основных законодательных актов, определяющих экологических и правовых основ для деятельности по обращению с отходами, является Федеральный закон, от 10.01. 2002 HN 7-ФЗ "Об охране окружающей среды".
В настоящем законе обозначены следующие положения: - принцип обеспечения снижения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в соответствии с экологическими нормативами, которого можно достигнуть на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов (статья 3);
- органов государственной власти Российской Федерации по установлению порядка обращения с опасными отходами, порядка определения размера платы за размещение отходов, установлению порядка лицензирования деятельности по обращению с опасными отходами (статья 5);
- органов государственной власти субъектов Российской Федерации по ведению учета объектов и источников негативного воздействия на окружающую среду, подлежащих региональному государственному экологическому надзору на территориях субъектов Российской Федерации (статья 6);
- установление нормативов образования отходов производства и потребления, а также лимитов на их размещение (статья 24);
- в области охраны окружающей среды при обращении с отходами (статья 51).
Проблема образования, накопления, хранения и утилизации отходов для России является крайне острой и затрагивает практически все ее регионы. К настоящему времени количество не утилизированных отходов по стране оценивается приблизительно в 82 млрд. тонн[3]. При этом если в Европе перерабатывается более 50% отходов, то в России средний уровень вторичного использования промышленных отходов составляет 35%, а твердых бытовых - не более 4%[3]. Среда обитания живых организмов загрязнена приоритетными тяжелыми металлами, нефтепродуктами, а пестицидами загрязнено более 75 млн.гектаров земли. Скорость прироста образования отходов ежегодно увеличивается, и за последние несколько лет составила 1516 %[3].
Основными источниками отходов по-прежнему остаются предприятия топливно-энергетического комплекса, горнорудной, лесной и деревообрабатывающей промышленности, жилищно-коммунального и сельского хозяйства[20].Промывные и сточные воды предприятий нефтедобывающей, химической, металлургической промышленности и машиностроения содержат повышенные концентрации различных химических элементов, тяжелых металлов, углеводородных соединений и др. Большинство этих примесей являются токсичными и представляют угрозу окружающей среде и здоровью людей. Внутри полигонов инициируются биохимические процессы, которые выделяют биогаз и токсичные стоки, имеющий дурной запах и группу биологических и химических вредных веществ. Наносится непоправимый вред здоровью населения и загрязняется окружающая среда. Как правило, зона биохимических реакций представляет собой вязкую слизистую массу, представляющую собой жидкость - 70-80% , остальное - 2030% продукты биохимического разложения, класс опасности которых существенно выше, чем исходных ТБО.
Все еще остается не решенной прикладные основы и методологические подходы к обеззараживанию и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы. Эти вопросы касаются и отходам сельского хозяйства, их эффективное использование и переработка на сегодняшний день является трансконтинентальной проблемой. Повторная переработка иловых осадков сточных вод биотехносферы, в том числе навоза, птичьего помета, коммунальных отходов - это циклический процесс, вполне сравнимый с системой кровообращения организма. Сердце гонит по артериям кровь, доставляющую в ткани питательные вещества и кислород, а потом через вены забирает истощенную кровь, пополняет ее запасы и отправляет в обратный путь. Иловые осадки сточных вод, и органические отходы биотехносферы, а также навоз и птичий помет - это не отходы, это энергонесущие субстанции, которые можно повторно и целенаправленно использовать в земледелии, животноводстве, цветоводстве и озеленении.
Установлено, что благодаря известным способам, применяемым в прикладной биотехнологии, углеродсодержащие отходы различных отраслей промышленности и сельского хозяйства могут ускоренно перерабатываться для вторичного использования, не причиняя вреда природе[50;51]. Известны технологии утилизации отходов с помощью микроорганизмов, калифорнийских червей, личинок синантропных мух и другие способы переработки навоза и птичьего помета[48].
Все указанные проблемы имеют прямую зависимость с охраной окружающей среды и обеспечением техносферной и экологической безопасности. Поэтому эти не решенные проблемы экологии в первую очередь регламентируются федеральными законами РФ. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» определяет государственную политику в области обращения с отходами производства и потребления [15]. Настоящий закон призван содействовать предотвращению отрицательного воздействия отходов производства и потребления на окружающую среду и здоровье человека при обращении с ними, а также максимальному вовлечению их в хозяйственный оборот в качестве дополнительного источника сырья [15].
Стратегия экологической безопасности Республики Татарстан и развития природно-ресурсного комплекса Республики Татарстан на 2017-2021 годы и на перспективу до 2030 года (далее - Отраслевая стратегия) является документом стратегического планирования в сфере обеспечения национальной безопасности республики и определяет цели, задачи, основные направления и инструменты реализации государственной политики по обеспечению экологической безопасности.
Согласно новым введенным правилам и принятым Федеральным законом от 21.07.2014 N 219- ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" учитываются отдельные законодательные акты Российской Федерации. Они являются определяющими условиями для функционирования каждого предприятия. Для жизнеобеспечения предприятий необходимо внедрение наилучших доступных технологий, получение комплексного экологического разрешения, наличие которого возможно только при минимизации воздействия на окружающую среду. В случае невыполнения упомянутых требований направления, обозначенные Стратегией социально-экономического развития Республики Татарстан на период до 2030 года (далее - Стратегия 2030), могут оказаться нереализованными.
В стратегии социально-экономического развития Республики Татарстан на период до 2030 года подчеркивается, что человеческий капитал - основной ресурс современной экономики, именно конкуренция за человеческий капитал в настоящее время выходит на первый план в развитии стран и отдельных регионов. Для создания комфортных условий для человеческого капитала стратегическим приоритетом является обеспечение экологической безопасности, как основы устойчивого развития территорий.
В Республике Татарстан работа по обеспечению экологической безопасности, и формированию комфортной среды ведется планомерно. Например, 2013 год был проведен под знаком Года экологической культуры и охраны окружающей среды, 2015 год прошел под знаком Года парков и скверов; 2016 год обозначен Годом водоохранных зон Волги и Камы; 2017 год прошел под знаком Года экологии и общественных пространств.
Правовой основой обеспечения экологической безопасности являются Конституция Российской Федерации Конституция Республики Татарстан. Они используют общепризнанные принципы и нормы международного права, международные договоры Российской Федерации, федеральные конституционные законы. В частности Федеральный закон, вышедший от 28 июля 2014 года, № 172-ФЗ «О стратегическом планировании в Российской Федерации». Федеральный закон от 28 декабря 2010 года № 390-ФЗ «О безопасности». Стратегия 2030, утвержденная Законом Республики Татарстан от 17 июня 2015 года № 40-ЗРТ. Закон Республики Татарстан от 16 марта 2015 года № 12-ЗРТ "О стратегическом планировании в Республики Татарстан. С учетом Плана мероприятий по реализации Стратегии 2030, утвержденного постановлением Кабинета Министров Республики Татарстан от 25 сентября 2015 года № 707. федеральные законы и иные нормативные правовые акты Российской Федерации в природоохранной сфере, законы и иные нормативные правовые акты Республики Татарстан, регулирующие постоянные целенаправленные отношения в сфере обеспечения экологической безопасности. Уровень техногенного воздействия на окружающую среду на территории республики достаточно высок и, в первую очередь, определяется влиянием промышленного производства.
Высокая антропогенная нагрузка на значительной территории Республики Татарстан обусловлена загрязнением вредными химическими веществами атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв.
Принятый Стратегией - 2030 курс на увеличение промышленного производства с учетом обеспечения устойчивого развития территории республики требует усиления консолидированных действий и радикальных принятий и решительных мер в области экологической безопасности.
Решение данной задачи может быть достигнуто только за счет сбалансированности реальных интересов социально-экономического развития Республики Татарстан с требованиями экологической безопасности, обеспечения всесторонней модернизации производства, широкого внедрения наилучших инновационных природоохранных технологий.
Экологическое направление в развитии производственного потенциала, как Республики Татарстан, так и Российской Федерации является в настоящее время одной из приоритетных государственных задач.
Правительство Российской Федерации от 25 января 2018 г, за № 84-р утвердило Стратегию развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 г.[1].
Основными целями и задачами Стратегии определены: формирование и перспективное развитие отрасли промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов, обеспечивающей максимальное вовлечение отходов в производство и планомерную минимизацию количества отходов, не подлежащих дальнейшей утилизации, с применением мирового принципа 3R (предотвращение образования отходов, повторное использование, переработка во вторичные ресурсы). Более эколого-технологическими значимыми показателями Стратегии являются определения долей утилизации и обезвреживания отходов.
Переработка образованных производственных и иных отходов в России к 2030г будет осуществляться с учетом их общего объема и образования. В дальнейшем планируется и прогнозируется увеличить переработку отходов до 85,4%. В документе указывается на необходимость увеличения объемов переработки таких отходов, как коммунальных, отходов агропромышленного комплекса. При этом обращают внимание и на животноводческие, отходы нефтехимического комплекса, полимерные, отходы шин, покрышек, камер автомобильных, отходы деревообработки и макулатура, то есть переработки углеродосодержащих отходов (УСО).Одно, из основных проблем современности - растущий объем промышленных и коммунальных отходов. Ежегодно в России образуется более семи миллионов тонн осадков очистных сооружений коммунального хозяйства (в расчете на сухое вещество). В этих осадках содержатся различные вредные химические соединения, многие из которых обладают мутагенной активностью[3; 28].Кроме того, осадок, включая активный ил, - это органический субстрат, представляющий собой скопление различных патогенных - микроорганизмов, простейших и продуктов их жизнедеятельности. При этом срок полного разложения органических составляющих осадков составляет 100-150 лет, и в течение этого времени они
опасны для окружающей среды, а имеющиеся в них тяжелые металлы представляют опасность и в дальнейшем.
Решение проблемы утилизации иловых осадков и отходов совершенствуется по мере развития техники и технологий. В настоящее время существует ряд способов хранения и переработки иловых осадков и углеродсодержащих отходов, а именно: предварительная сортировка,
санитарная земляная засыпка, биотермическое компостирование, сжигание, низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз.
Современные технологии позволяют не только очистить сточные воды от загрязнений, но и извлечь из них полезные вещества, в первую очередь металлы, если их много содержится, которые могут быть снова направлены в производство. Помимо использования новых видов сорбентов, в последние годы для очистки сточных вод все шире применяются безреагентные технологии, в частности, биотехнологии, основанные на использовании высших водных растений и микроорганизмов. К перспективным методам, не требующим дополнительных реагентов и дорогостоящего оборудования, относится метод фиторемедиации, предполагающий удаление токсичных соединений из почвы, грунтовых вод и водоемов при помощи почвенных микроорганизмов и высших водных растений, таких как эйхорния, ряска, лимнофила и др., которые являются фитосорбентами. Поглощаясь растениями, токсиканты инактивируются, проходя разнообразные химические превращения, это долгий процесс, однако затраты на фиторемедиацию обычно не превышают 20% от стоимости альтернативных реагентных технологий. Погибшие и выработавшие жизненный ресурс растения - фитосорбенты, нетоксичны и могут быть использованы в качестве добавок к кормам животным и птицам, для получения компоста и биогумуса.
Технологии фиторемедиации разработаны учеными Алтайского ГТУ им И.И. Ползунова, Белгородского ГТУ им. В.С.Шухова, Волгоградского ГТУ, Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Пермского государственного научно-исследовательского университета, Казанского научно-исследовательского технологического университета,
Ивановского государственного химико-технологического университета и др.[67]. Применение сульфатредуцирующих бактерий для очистки стоков сточных вод исключает затраты на химические реагенты, на техническую воду при полном оборотном водоснабжении, на отвод канализационных стоков, на захоронение осадков на полигонах, на штрафы за причиненный экологический ущерб. Данная биотехнология позволяет получать из сточных вод массы металла в виде товарного продукта.
В настоящее время имеются данные экспериментальных исследований в области охраны окружающей среды направленные на разработку технологических схем, предотвращающих ингибирование бактерий находящихся в сточных водах ионами металлов, методов осаждения металлов из сточных вод. Такие разработки могут обеспечивать предотвращение загрязнения бактериями очищенных стоков и поиск дешевых источников питания для бактерий (органические загрязнения сточных вод, в частности горюче-смазочные жидкости, хозяйственно-бытовые стоки и др.).
Биосфера Земного шара под влиянием антропогенной деятельности из естественной саморегулирующейся системы постепенно превращается в неуправляемо деградирующую систему, для оценки которой в научной литературе все чаще используется термин «биотехносфера».
В регионах России биотехносферной среде накопился ряд серьезных проблем, не позволяющих в полной мере достичь требуемого качества окружающей среды и обеспечить охрану природных ресурсов, добиться рационального их использования и воспроизводства.
Одним из важных проблем являются накопившие иловые осадки сточных вод биотехносферы, которые создают препятствия к естественным технологическим процессам восстановления и эволюции окружающей среды и затормаживают процесс обеспечения стабильности природного состояния окружающей среды и преобразования природных ресурсов,
жизнедеятельности живых организмов и производственной деятельности человека.
Гипотеза исследований. Методологически правильно выбранные модели обеззараживания и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы имеют прямую зависимость состоянием живых организмов и окружающей среды.
Исходя, из выше указанных нерешенных экологических и технологических проблем, целью настоящей работы является научное обоснование и разработка методологических основ и принципов обеззараживания и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы.
1.Обзор литературы по изучению и анализу применяемых способов и технологии по обеззараживанию и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы.
2. Анализ технологий, оптимальных параметров и оборудования для обеззараживания и утилизации иловых осадков сточных вод биотехносферы
3. Разработка полезной модели: устройства для обеззараживания и утилизации иловых осадков очистных сооружений.
Несмотря на то, что в научной литературе термин «биотехносфера» уже получил достаточно широкое распространение, его общепринятого определения до сих пор не существует. Отсутствует и единое мнение о том, кто впервые ввел данное понятие. В ряде источников указывается, что оно было предложено академиком А.В. Сидоренко [1980], который использовал данный термин для обозначения переходного этапа от биосферы к ноосфере. В качестве характерной особенности этого периода он рассматривал сочетание стихийного и сознательного, отрицательного и положительного влияния деятельности человека на окружающую среду. Однако термин «биотехносфера» в несколько иной интерпретации использовался некоторыми авторами и ранее Мауришь[1974}; Хильми, [1975].
Суздалева А.Л., Горюнова С.В. в монографии «Биотехносфера: экология и безопасность жизнедеятельности» [76]термин биотехносфера рассматривается, как продукт трансформации биосферы, структурно-функциональная организация, которой претерпевает значимые изменения под совокупным воздействием различных видов технической деятельности человека. Процесс,
приводящий к образованию биотехносферы, обозначается термином глобальный техногенез.
Несмотря на происходящие изменения, биотехносфера сохраняет свою целостность как единая система. Но состав формирующих ее элементов и характер их взаимосвязей все больше отличаются, от существовавших в естественной биосфере.
Для описания процесса формирования биотехносферы необходимо уточнить некоторые понятия. Под структурно-функциональной организацией биотехносферы определяется комплекс материальных тел (структурных элементов данной системы), связанных в единое целое вещественными и энергетическими потоками (функциональными связями). В состав структурных элементов биотехносферы входят все ранее существовавшие элементы биосферы, к которым добавляются различные техногенные объекты и техногенные образования [76].
Техногенные объекты являются продуктом целенаправленной технической деятельности человека, т.е. скоординированных усилий организованных групп людей, использующих для выполнения поставленных задач средства производства, созданные на основе опыта, накопленного в ходе исторического развития процесса производства материальных благ и научных достижений. Они, так же как и элементы биосферы естественного происхождения («тела», по терминологии В.И. Вернадского), представляют собой сложные конгломераты, в пределах которых почти всегда могут быть выделены в той или иной мере обособленные части. Техногенными объектами являются как промышленные зоны или мегаполисы в целом, так и составляющие их различные сооружения, их группы и комплексы.
Техногенные образования являются побочным продуктом технической деятельности. Их примерами могут служить терриконы или хвостохранилища, формирующиеся вблизи горнодобывающих и горно-обогатительных предприятий, свалки строительных и иных отходов, окаймляющие крупные города, и т.п. Четкой границы между техногенными объектами и техногенными образованиями (как и между различными категориями естественных тел биосферы) не существует. Например, водохранилища ГЭС можно рассматривать и как техногенные образования (с точки зрения трансформации ландшафтной структуры), и в совокупности с гидротехническими сооружениями, через которые осуществляется сброс их вод, как техногенные объекты. Некоторые возникшие в прошлом техногенные образования со временем стали представлять интерес как источники ценного сырья. В настоящее время в нормативно-правовую бузу РФ уже официально включен термин «техногенные месторождения вторичных ресурсов» 1, т.е. сформировавшиеся в результате хозяйственной деятельности техногенные образования, зарегистрированные как месторождения ценного сырья.
Купить