Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
2015. — 170 с.
Специальность 25.00.19 – 03.02.08 – «Экология» (в химии и
нефтехимии)
Научный руководитель: д.х.н., профессор Сафарова В.И.
Цель работы: оценка влияния деятельности
предприятий нефтяной промышленности на экологическое состояние
водных объектов на примере реки Белая и совершенствование системы
мониторинга компонентов природной среды.
Научная новизна: Рассчитаны дифференцированная и нормированная антропогенные нагрузки, оказываемые на р.Белую сточными водами нефтехимических предприятий РБ с учетом различия ее водного стока на отдельных участках. Показано, что максимальная нагрузка на р.Белую оказывается сточными водами предприятий городов Салавата и Ишимбай.
На основе проведенных исследований участка реки Белая в районе Южного промышленного узла выявлено загрязнение донных отложений характерными для нефтехимических предприятий соединениями, относящимися к 1-3 классам опасности (ртуть, бенз(а)пирен, тетрахлорметан, гексахлорбензол – 1-ый класс опасности; бензол, никель, свинец – 2-ой класс опасности; алкилфенолы, ксилолы, изопропилбензол и пропилбензол – 3-ий класс опасности). Рассчитаны индексы загрязненности донных отложений (ИЗДО), соответствующие высокому и чрезвычайно высокому уровню. Установлено, что в течение 2010-2014 гг. наблюдается прогрессирующая динамика загрязнения донных отложений, связанная с постоянным поступлением токсичных веществ в водоток, что свидетельствует о тесной взаимосвязи «донные отложения – источник загрязнения». Нефтяные углеводороды, депонированные в грунтах, являются источником загрязнения воды поверхностных водных объектов и донных отложений.
Изучены процессы сорбции компонентов сточных вод НХП (полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов) на образцах донных отложений р.Белой из водных растворов. Выявлено, что данные вещества сорбируются донными отложениями, что способствует самоочищению реки. Исследование процессов десорбции фенола из донных отложений в водную фазу показало, что при соответствующих условиях загрязняющие вещества переходят из донных отложений в водный слой и являются источником вторичного загрязнения воды реки Белая.
В результате проведения лабораторных и микрополевых испытаний показано, что нефть, дизельное топливо, газовый конденсат, бензин и их смеси угнетают активность оксидоредуктаз, что затрудняет биодеструкцию нефтепродуктов в почве в натурных условиях. Ингибирующее действие исследованных образцов нефтяных углеводородов на ферментативную активность выщелоченного чернозема снижается в ряду: нефть → смесь образцов (дизтопливо + газовый конденсат + нефть + бензин-92) → газовый конденсат → дизельное топливо → бензин.
Предложена усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водотоков в районах функционирования предприятий нефтехимической отрасли, основанная на выявлении и прогнозе негативного воздействия источников загрязнения, контроле качества поверхностной воды в зоне влияния промышленных предприятий, а также регулярных наблюдений за состоянием донных отложений с использованием химических, физико-химических и биологических методов исследования.
На основании выявленных закономерностей загрязнения водных объектов через грунты и подземные стоки впервые предложена технология очистки нефтезагрязненных грунтовых вод с помощью биофильтров, населенных штаммами микроорганизмов-деструкторов на поверхности сорбентов (керамзит и водоросли рода Cladophora). Установлены параметры системы локальной очистки загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод с целью недопущения их поступления в поверхностные водные объекты.
Практическая ценность результатов:
Разработанный подход к организации системы мониторинга реки Белая в зоне влияния нефтехимических предприятий, методология исследования донных отложений, а также рекомендации по выбору необходимого перечня приоритетных ингредиентов используются в Министерстве природопользования и экологии Республики Башкортостан при выполнении работ согласно «Постановлению об организации ведения мониторинга водных объектов на территории Республики Башкортостан» № 9 от 16 января 2009 года.
Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплине «Экологические аспекты развития промышленных технологий» для студентов 4 курса (биологи-экологи), в курсе лекций «Поверхностные явления и адсорбция» для магистрантов химического факультета, при выполнении курсовых и дипломных работ специалистов Башкирского государственного университета, а также на кафедре «Прикладная экология» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по дисциплинам «Стандарты качества окружающей среды» для бакалавров направления 241000 « Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», инженеров по специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Экология» для бакалавров (приложение 1). Содержание
Современное состояние гидросферы в зоне влияния химических и нефтехимических предприятий (литературный обзор)
Эколого-аналитические исследования загрязненности водных объектов нефтепродуктами
Аналитические методы исследования нефтепродуктов в водных объектах
Спектральные методы анализа нефтепродуктов
Способы и методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтяными углеводородами
Объекты и методы исследования
Объекты исследования
Методы исследования
Отбор проб сточных, природных вод, донных отложений. Подготовка проб для анализа
Аналитические методы определения загрязняющих веществ в пробах воды и донных отложений
Определение токсичности воды и водной вытяжки донных отложений методом биотестирования с использованием различных тест-объектов
Исследование окислительно-восстановительных процессов в природных объектах, загрязненных нефтяными углеводородами, по ферментативной активности
Исследование сорбционных свойств донных отложений
Оценка влияния деятельности химических и нефтехимических предприятий на экологическое состояние водных объектов (на примере р. Белая)
Общие сведения об источниках загрязнения реки Белая на территории Республики Башкортостан
Исследование влияния химических и нефтехимических предприятий на экологическое состояние реки Белая
Исследование влияния подземного стока и производственных объектов нефтехимической отрасли, расположенных на левом берегу р. Белой в районе г. Ишимбая, на ее экологическое состояние
Разработка способа защиты гидрографической сети от негативного воздействия нефтезагрязненных грунтовых вод
Исследование окислительно-восстановительных процессов в почвах (грунтах), загрязненных нефтяными углеводородами, по ферментативной активности
Разработка технологии очистки нефтезагрязненных грунтовых вод
Расчет размера вреда, причиненного р. Белой, в результате поступления загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод
Научная новизна: Рассчитаны дифференцированная и нормированная антропогенные нагрузки, оказываемые на р.Белую сточными водами нефтехимических предприятий РБ с учетом различия ее водного стока на отдельных участках. Показано, что максимальная нагрузка на р.Белую оказывается сточными водами предприятий городов Салавата и Ишимбай.
На основе проведенных исследований участка реки Белая в районе Южного промышленного узла выявлено загрязнение донных отложений характерными для нефтехимических предприятий соединениями, относящимися к 1-3 классам опасности (ртуть, бенз(а)пирен, тетрахлорметан, гексахлорбензол – 1-ый класс опасности; бензол, никель, свинец – 2-ой класс опасности; алкилфенолы, ксилолы, изопропилбензол и пропилбензол – 3-ий класс опасности). Рассчитаны индексы загрязненности донных отложений (ИЗДО), соответствующие высокому и чрезвычайно высокому уровню. Установлено, что в течение 2010-2014 гг. наблюдается прогрессирующая динамика загрязнения донных отложений, связанная с постоянным поступлением токсичных веществ в водоток, что свидетельствует о тесной взаимосвязи «донные отложения – источник загрязнения». Нефтяные углеводороды, депонированные в грунтах, являются источником загрязнения воды поверхностных водных объектов и донных отложений.
Изучены процессы сорбции компонентов сточных вод НХП (полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов) на образцах донных отложений р.Белой из водных растворов. Выявлено, что данные вещества сорбируются донными отложениями, что способствует самоочищению реки. Исследование процессов десорбции фенола из донных отложений в водную фазу показало, что при соответствующих условиях загрязняющие вещества переходят из донных отложений в водный слой и являются источником вторичного загрязнения воды реки Белая.
В результате проведения лабораторных и микрополевых испытаний показано, что нефть, дизельное топливо, газовый конденсат, бензин и их смеси угнетают активность оксидоредуктаз, что затрудняет биодеструкцию нефтепродуктов в почве в натурных условиях. Ингибирующее действие исследованных образцов нефтяных углеводородов на ферментативную активность выщелоченного чернозема снижается в ряду: нефть → смесь образцов (дизтопливо + газовый конденсат + нефть + бензин-92) → газовый конденсат → дизельное топливо → бензин.
Предложена усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водотоков в районах функционирования предприятий нефтехимической отрасли, основанная на выявлении и прогнозе негативного воздействия источников загрязнения, контроле качества поверхностной воды в зоне влияния промышленных предприятий, а также регулярных наблюдений за состоянием донных отложений с использованием химических, физико-химических и биологических методов исследования.
На основании выявленных закономерностей загрязнения водных объектов через грунты и подземные стоки впервые предложена технология очистки нефтезагрязненных грунтовых вод с помощью биофильтров, населенных штаммами микроорганизмов-деструкторов на поверхности сорбентов (керамзит и водоросли рода Cladophora). Установлены параметры системы локальной очистки загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод с целью недопущения их поступления в поверхностные водные объекты.
Практическая ценность результатов:
Разработанный подход к организации системы мониторинга реки Белая в зоне влияния нефтехимических предприятий, методология исследования донных отложений, а также рекомендации по выбору необходимого перечня приоритетных ингредиентов используются в Министерстве природопользования и экологии Республики Башкортостан при выполнении работ согласно «Постановлению об организации ведения мониторинга водных объектов на территории Республики Башкортостан» № 9 от 16 января 2009 года.
Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплине «Экологические аспекты развития промышленных технологий» для студентов 4 курса (биологи-экологи), в курсе лекций «Поверхностные явления и адсорбция» для магистрантов химического факультета, при выполнении курсовых и дипломных работ специалистов Башкирского государственного университета, а также на кафедре «Прикладная экология» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по дисциплинам «Стандарты качества окружающей среды» для бакалавров направления 241000 « Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», инженеров по специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Экология» для бакалавров (приложение 1). Содержание
Современное состояние гидросферы в зоне влияния химических и нефтехимических предприятий (литературный обзор)
Эколого-аналитические исследования загрязненности водных объектов нефтепродуктами
Аналитические методы исследования нефтепродуктов в водных объектах
Спектральные методы анализа нефтепродуктов
Способы и методы защиты окружающей среды от загрязнения нефтяными углеводородами
Объекты и методы исследования
Объекты исследования
Методы исследования
Отбор проб сточных, природных вод, донных отложений. Подготовка проб для анализа
Аналитические методы определения загрязняющих веществ в пробах воды и донных отложений
Определение токсичности воды и водной вытяжки донных отложений методом биотестирования с использованием различных тест-объектов
Исследование окислительно-восстановительных процессов в природных объектах, загрязненных нефтяными углеводородами, по ферментативной активности
Исследование сорбционных свойств донных отложений
Оценка влияния деятельности химических и нефтехимических предприятий на экологическое состояние водных объектов (на примере р. Белая)
Общие сведения об источниках загрязнения реки Белая на территории Республики Башкортостан
Исследование влияния химических и нефтехимических предприятий на экологическое состояние реки Белая
Исследование влияния подземного стока и производственных объектов нефтехимической отрасли, расположенных на левом берегу р. Белой в районе г. Ишимбая, на ее экологическое состояние
Разработка способа защиты гидрографической сети от негативного воздействия нефтезагрязненных грунтовых вод
Исследование окислительно-восстановительных процессов в почвах (грунтах), загрязненных нефтяными углеводородами, по ферментативной активности
Разработка технологии очистки нефтезагрязненных грунтовых вод
Расчет размера вреда, причиненного р. Белой, в результате поступления загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод