Экологическая безопасность и обеспечение нормированного сброса сточных вод Усть-Илимского лесопромышленного комплекса в р. Ангара

Размещено на http://www.Allbest.ru/

03.02.08 - Экология (в строительстве и ЖКХ)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Экологическая безопасность и обеспечение нормированного сброса сточных вод Усть-Илимского лесопромышленного комплекса в р. Ангара

Фрог Дмитрий Борисович

Москва - 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Румянцев Игорь Семёнович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Варшавский Валерий Яковлевич

кандидат технических наук, Алексеева Любовь Павловна

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «МосводоканалНИИпроект»

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Учёный секретарь диссертационного совета Потапов А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП), включая производство сопутствующих химических веществ (таллового масла и скипидара) является потенциальным источником негативного воздействия на окружающую среду. Несовершенство действующей системы контроля и оценки экологического воздействия лесопромышленных комплексов на окружающую среду, неограниченное количество нормируемых показателей сброса загрязняющих веществ, а также неравномерность экономического развития целлюлозно-бумажного промышленного производства привели к отсутствию у предприятий стимулов предотвращать и сокращать сброс сточных вод и, как следствие, к обострению экологической ситуации вокруг ЦБП. Аналогичная ситуация складывается в настоящее время на Котласском, Байкальском, Архангельском и Калининградском ЦБК. Не является исключением и Усть-Илимский лесопромышленный комплекс (УИ ЛПК), являющийся одним из крупнейших производителей продукции лесообработки, целлюлозно-бумажной и лесохимической продукции в Сибирском регионе. На территории комплекса сегодня действуют четыре продуктовые линии, а мощность основной линии составляет 697,3 тыс. тонн товарной целлюлозы.

Водохранилище Усть-Илимского гидроузла является источником водоснабжения для комбината и г. Усть-Илимска, расположенного менее чем в 1 км от береговой линии. В то же время город и комбинат являются потенциальными источниками загрязнения вод водохранилища.

В настоящее время сброс поверхностного стока в водохранилище происходит по естественному рельефу местности вдоль береговой линии. Городская насосная канализационная станция имеет аварийный выпуск в ручей Симаха, впадающий непосредственно в водохранилище. Эти факторы могут снижать качество воды в районе водозабора УИ ЛПК.

Сброс производственных и поверхностных сточных вод комбината и бытовых сточных вод г. Усть-Илимска осуществляется по трем выпускам в реку Ангара и в ручей Катымов. Суммарный ежегодный объем стока составляет около 120 млн. м³, при этом не по всем показателям качество стоков соответствует ПДК вредных веществ для водных объектов.

Решению экологических проблем лесопромышленного комплекса сегодня уделяется большое внимание, и, в первую очередь, это касается вопросов оптимизации функционирования систем водоотведения и водопотребления. Необходимо обеспечить производство бесперебойным снабжением водой надлежащего качества и обеспечить экологическую безопасность водных систем на основе оптимального нормирования сбрасываемых стоков. Решению этой комплексной практической проблемы Усть-Илимского лесопромышленного комплекса и была посвящена данная работа.

Цель работы. Разработка комплекса мер по оптимизации системы водопользования и обеспечению нормированного сброса сточных вод Усть-Илимского лесопромышленного комплекса.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- проведение научного анализа современных проблем, тенденций и методов оптимизации функционирования систем водопользования и нормирования сбросов сточных вод в лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности;

- осуществление мониторинга качества воды р. Ангара и в водохранилище Усть-Илимского гидроузла в районе водозабора, и оценка возможности использования промышленного водозабора УИ ЛПК для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска;

- исследование экологического состояния зон санитарной охраны (ЗСО) источника водоснабжения и разработка прогноза изменения качества воды с учетом современного и предполагаемого устройства прилегающей территории;

- разработка практических рекомендаций по обустройству зон санитарной охраны промышленного водозабора УИ ЛПК;

- оптимизация очистных устройств, предназначенных для очистки поверхностного стока и разработка практических рекомендаций по улучшению экологического состояния ручья Симаха;

- изучение качественного состава сточных вод ЛПК, определение перечня приоритетных загрязнителей и обоснование нормативных показателей сброса сточных вод по трем выпускам;

- определение величин предельно допустимых сбросов (ПДС) и нормативов допустимого сброса (НДС). Сравнение и анализ полученных результатов;

- разработка проекта комплекса практических мероприятий по достижению расчетных нормативов сбросов с учетом временно согласованных сбросов (ВСС) загрязняющих веществ в сточных водах ЛПК.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты мониторинга качества воды в водохранилище Усть-Илимского гидроузла в районе водозабора;

- результаты обследования территорий, отводимых под ЗСО, практические рекомендации по улучшению санитарного состояния первого и второго поясов ЗСО;

- предложение по предотвращению сброса загрязненных вод с помощью системы «проточный пруд - биоплато», совмещенной с аварийным прудом-накопителем городской насосной канализационной станции (КНС);

- результаты изучения качественного состава сточных вод ЛПК по трем выпускам в р. Ангара и обоснование перечня приоритетных загрязнителей, разрешенных к сбросу;

- комплекс мероприятий по достижению нормативов допустимого сброса сточных вод в реку Ангара;

Научная новизна работы состоит в разработке теоретических подходов к совершенствованию технологий водопотребления и водоочистки на предприятиях лесопромышленного комплекса и разработке конкретных научно обоснованных решений, учитывающих экологические и экономические требования. К ним относятся:

- определение динамики изменения концентраций загрязняющих веществ в хозяйственно-бытовых сточных водах ЛПК;

- доказательство того, что благодаря процессам естественного разбавления и большой глубине расположения входного оголовка водозабора (40 м), качество воды в промводозаборе водохранилища Усть-Илимского гидроузла не зависит от сброса загрязняющих веществ с территории города;

- подтверждение исследованиями и фактическими данными по годовому распределению концентраций загрязняющих веществ, что промышленный водозабор может использоваться для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска;

- обоснование возможности обеспечения с помощью инженерно-биологической системы «проточный пруд ? пруд-отстойник (биоплато) - пруд-накопитель» очистки сточных вод, попадающих в ручей Симаха (в том числе при аварийном сбросе городской канализационной станции), от загрязнений по взвешенным веществам, ионам тяжелых металлов, СПАВ и нефтепродуктам до 80%;

- качественная и количественная характеристика поступающих и очищенных стоков по отдельным потокам производств комбината;

- показано, что фоновые концентрации загрязняющих веществ - фенола, метанола и таллового масла, содержащиеся в составе вод р. Ангара, превышают ПДК в 1,6; 1,3 и 9 раз соответственно, а содержание фенолов и талового масла в сточных водах ЛПК находятся на уровне фоновых значений, следовательно, сбросы сточных вод самого комбината не влияют на качество воды в р. Ангара по этим показателям;

- обоснование величин нормативных показателей сброса сточных вод по 8^-ми основным показателям в зимних и летних условиях;

- разработка инженерно-физических методов, направленных на снижение сброса загрязняющих веществ в р. Ангара.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные в рамках настоящей работы результаты исследований качества воды в водохранилище Усть-Илимского гидроузла, в р. Ангара и ручье Катымов, а также качественного состава сточных вод ЛПК могут быть использованы при создании электронных баз данных и единой системы экологического мониторинга Иркутской области.

Материалы, полученные при выполнении настоящей диссертации использованы в совершенствовании методики «Методика разработки нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» (Приказ МПР РФ №333 от 17 декабря 2007 г.) по расчетам НДС; используются в учебном процессе в Московском государственном строительном университете при чтении лекций и проведении практических занятий в учебных курсах: «Экологический мониторинг», «Очистка природных и сточных вод», «Эксплуатация очистных сооружений»; на экологическом факультете Российского университета дружбы народов при чтении курсов лекций «Ресурсосберегающие технологии и производства», «Экологически безопасные технологии».

В результате проведения комплекса предлагаемых мероприятий обеспечены:

- улучшение экологического состояния р. Ангара и обеспечение возможности использования промышленного водозабора ЛПК для питьевого водоснабжения г. Усть-Илимска и промзоны;

- предотвращение сброса загрязненных городских поверхностных вод в реку Ангара;

- достижение нормативных показателей по всем ингредиентам в сточных водах ЛПК, сбрасываемых в реку Ангара.

Определение точного перечня нормируемых приоритетных загрязнителей для ЛПК позволяет снизить финансовые и трудовые затраты предприятия.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались:

1. на научной конференции, посвященной проблемам северных рек России;

2. на научных семинарах и заседаниях кафедры охраны водных ресурсов МГСУ и кафедры экологического мониторинга и прогнозирования экологического факультета РУДН;

3. на международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» под эгидой ЮНЕСКО.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3- в ведущих рецензируемых изданиях ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка библиографических источников и приложений. Общий объем работы -- 205 страниц. В качестве иллюстративного материала представлено 43 таблицы и 26 рисунков. Список литературы состоит из 107 наименований.

Автор искренне признателен и благодарен научному руководителю доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Румянцеву И. С.; сотрудникам кафедры «ОВР» МГСУ; к.т.н. Николаеву В. Н.; к.т.н. Шашкову С. Н.; сотрудникам лаборатории филиала ОАО «Группа «Илим» в г. Усть-Илимске.

Содержание работы

Во введении отмечается актуальность и практическая значимость проводимых исследований, обосновывается необходимость решения экологических проблем ЦБК и лесопромышленного комплекса в целом и вопросов оптимизации функционирования систем водоотведения и водопотребления для конкретного предприятия. Отмечается необходимость бесперебойного снабжения производства водой надлежащего качества, и обеспечения экологической безопасности и технологического нормирования сбрасываемых стоков.

В первой главе «Проблемы оптимизации водопользования лесопромышленных комплексов (ЛПК)» рассмотрены: современные технологии лесопромышленного производства ЛПК; основные методы определения и контроля загрязнителей в сточных водах ЛПК; возможность использования показателя БПК, как одного из основных показателей содержания органических веществ; современные методы очистки стоков лесопромышленных комплексов; вопросы оптимизации нормирования сбросов и анализ водоохранного законодательства России и зарубежных стран.

Разработан комплекс мер по обеспечению безопасности поверхностного стока города Усть-Илимска, который осуществляется в водохранилище Усть-Илимского гидроузла и из которого производится забор воды для нужд предприятия и для обеспечения питьевого водоснабжения города. Обеспечение очистки поверхностного и аварийного стоков с использованием биологических методов в условиях естественного рельефа береговой линии позволит решить эту проблему в короткие сроки и с наименьшими затратами.

Во второй главе «Объекты и методы исследования» рассмотрены: задачи нормирования основных загрязнителей в составе сточных вод, методы контроля, используемые при определении характерных загрязнителей промышленных стоков (взвешенных веществ, лигносульфонатов, талового масла, смолистых кислот, сернистых соединений, фенолов и их производных); вопросы, связанные с возможностью использования показателя ХПК (химическое потребление кислорода) в качестве интегрального критерия загрязнения стоков ЛПК органическими соединениями различной структуры.

Специальный раздел второй главы посвящен сравнению существующих методик нормирования показателей загрязненности стоков. С этой целью в рамках исследований были проанализированы две существующие базовые методики: «Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) в водные объекты со сточными водами» (1990 г., утвержденная в 1993 г.) и «Методика разработки нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» (Приказ МПР РФ N 333 от 17 декабря 2007 г.)

Для нижних бьефов водохранилищ, где имеют место встречные течения автором предложено использовать альтернативный метод, основанный на использовании конечных разностей - модификацию метода А. В. Караушева, учитывающую нестационарность гидравлического режима. В основу было положено уравнение:

(1)

В данном уравнении дифференциалы заменяются на конечные приращения с, х, у и z:

(2)

Таким образом, получается система параллелепипедов со сторонами x, y и z. Для определения концентрации вещества в расчетном параллелепипеде под номерами k, n, m получается выражение:

(3)

Из этого выражения следует, что концентрация вещества в каждом параллелепипеде расчетного k-го сечения представляет собой среднее арифметическое из концентраций четырех параллелепипедов, граничащих с расчетным в предыдущем k-1 -ом сечении вдоль потока.

Таким образом, формула А. В. Караушева позволяет установить расчетным путем концентрации веществ в параллелепипедах последующего сечения по распределению концентраций в параллелепипедах предыдущего сечения. Величина ?z в данной пространственной задаче принимается равной части глубины, на пример 1/3--1/5 глубины Н; ?y принимается равной ?z;

(4),

где с - плотность; g - ускорение свободного падения; Aср - коэффициент турбулентного обмена.

Чем меньше размеры ?x, ?y и ?z, тем более точен расчет. Он может быть значительно упрощен при решении не пространственной, а плоской задачи, когда распространение компонента по сечению рассматривается в одном направлении -- по ширине потока. Такая задача правомерна при относительно неглубоких водоемах, где выравнивание концентрации по глубине наступает практически сразу за выпуском сточных вод. В этом случае ?с/?z = 0 и ?2с/?z2 = 0, и, следовательно:

(5)

При наличии в сточных водах нескольких загрязняющих веществ, расчет разбавления проводится для одного условного вещества по всем параллелепипедам и рассчитывается все поле концентраций этого вещества во всей прогнозируемой зоне. Далее выбираются только те сечения, или даже отдельные параллелепипеды, для которых необходим прогноз концентраций поступивших в водоем веществ. соответствующие концентрации С_k,n,m этого условного вещества и вычисляется разбавление по формуле:

n_k,n,m = С_ст/С_k,n,m (6)

При расчете по поступившему в водоём со сточными водами конкретному ве ществу, для которого фоновая концентрация не равна нулю, разбавление в расчетных параллелепипедах будет:

n_k,n,m = (c_ст-c_ф)/(с_k,n,m-с_ф) (7)

Расчет начинается с определения начального сечения загрязненной струи в створе выпуска F по выражению:

F = q/v, (8)

где v -- скорость течения в месте поступления сточных вод или средняя по сечению, в котором размещается выпуск, q- расход сточных вод. Если сточные воды сбрасываются через рассеивающий выпуск, то вместо q в формулу подставляется общий расход загрязненных вод. Затем принимаются ?y и ?z и находится площадь сечения одной клетки: для пространственной задачи - f = ?y ?z, для плоской задачи - f = ?yH.

Соответствующие поправки были внесены в расчеты коэффициента разбавления поверхностного стока в условиях нижнего бьефа водохранилища Усть-Илимского гидроузла.

Последний раздел обсуждаемой главы посвящен описанию объекта исследования - Усть-Илимского лесопромышленного комплекса, анализу его климатических, географических и экологических особенностей, структуре производства.

Третья глава «Обеспечение экологической безопасности и нормирования промышленного водозабора Усть-Илимского лесопромышленного комплекса» посвящена теоретическому и практическому решению проблемы обеспечения Усть-Илимского ЛПК, а также города Усть-Илимска водой питьевого качества. В указанной главе решались следующие задачи: оценка санитарного состояния источника водоснабжения и современного хозяйственного использования территорий, входящих в ЗСО; определение границ первого, второго и третьего поясов зоны ЗСО; разработка решений по обустройству первого пояса и улучшению санитарного состояния территории второго пояса ЗСО; разработка практических рекомендации по режиму хозяйственного использования территорий, входящих в ЗСО; разработка проекта очистных сооружений ливневых стоков. В главе рассматриваются гидрологические характеристики водохранилища Усть-Илимского гидроузла, как источника водоснабжения, техническая конструкция водозабора и его санитарное состояние. Водозабор Усть-Илимского лесопромышленного комплекса (УИ ЛПК) расположен на правом берегу водохранилища в 500 м выше плотины ГЭС (см. рис. 1).

Рис. 1 Карта расположения Усть-Илимского гидроузла и г. Усть-Илимска

Гидрологические характеристики водохранилища представлены в диссертации.

В связи с большой глубинной расположения водозабора, а также интенсивным перемешиванием воды за счет существующих течений на глубинах 5 м и 10 м, автором было сделано предположение о целесообразности использования существующего промышленного водозабора для нужд города Усть-Илимска, испытывающего недостаток в питьевой воде. С этой целью в работе была проанализирована существующая система водоотведения сточных вод в районе водосбора, которая представлена на рис. 2.

Рис. 2 Принципиальная схема водоотведения Усть-Илимского ЛПК

Основным источником загрязнения нижней части водохранилища является г. Усть-Илимск. Жилые районы расположены менее чем в 1 км от берега. Хозяйственно-бытовые стоки города подаются на очистные сооружения, расположенные на площадке ЛПК (поток 1), где проходят полный комплекс биологической очистки и совместно с очищенными промышленными стоками комплекса сбрасываются в реку Ангара через рассеивающий глубинный выпуск в 12 км ниже плотины Усть-Илимской ГЭС. При этом ливневые стоки собираются с территории города отдельно и сбрасываются через единственный сосредоточенный выпуск в ручей Симаха, впадающий в водохранилище в 200 м выше створа плотины. Сброс остального поверхностного стока идет непосредственно по рельефу береговой зоны и никак не контролируется. Кроме того, в 300 м северо-восточнее рассматриваемого водозабора располагается городская канализационная насосная станция, подающая городские сточные воды на очистные сооружения ЛПК, аварийный выпуск которой осуществляется также в ручей Симаха (в 300 м от устья). Таким образом, ручей Симаха, попадающий в зону санитарной охраны источника водоснабжения УИ ЛПК, является коллектором неконтролируемых поверхностных городских стоков, аварийных сбросов насосной станции и сосредоточенного выпуска городских ливневых стоков.

Водоотведение предприятий УИ ЛПК осуществляется по полной раздельной схеме и состоит из следующих систем канализации: хозяйственно-бытовых сточных вод; производственно-загрязненных сточных вод; производственных незагрязненных (условно-чистых) и дождевых (ливневых) сточных вод.

Очистка производственных загрязненных сточных вод всех цехов и предприятий ЛПК осуществляется совместно с бытовыми сточными водами города и предприятий на объединенных сооружениях механической и биологической очистки. Схемой водоснабжения предприятия предусмотрено повторное использование в производственных процессах отработанных незагрязненных вод от охлаждения оборудования. Полностью данные о водоотведении цехов и производств УИ ЛПК приводятся в виде таблицы в главе 4 диссертации. В табл. 1 представлены полученные автором данные мониторинга показателей качества воды в месте водозабора: величины средних концентраций основных показателей качества воды и их предельно допустимые концентрации.

Таблица 1

Осредненные данные мониторинга качества воды в месте водозабора (2000-2009 гг.)

№ п/п	Наименование показателя	Ед. изм-я	ПДК	Среднее значение
Органолептические показатели воды
1	Запах при 200С	балл	2	0
2	Привкус при 200С	балл	2	0
3	Цветность	град	20	12,56
4	Мутность	мг/л	1,5	0,24
5	БПК5	мг О2/л	2,0	1,94
6	БПК20	мг О2/л	3,0	3,18
7	Взвешенные вещества	мг/л	Фон+0,25	1,28
8	Водородный показатель	ед.рН	6,5-8,5	7,7
9	Гидрокарбонаты	мг/л	-	1,4
10	Жесткость общая	мг-экв/л	7,0	1,46
11	Нефтепродукты	мг/л	0.3	0,056
12	АПАВ	мг/л	-	<0,025
13	Окисляемость перманганатная	мг/л	7,0	1,85
14	Растворенный кислород	мг/л	Не менее 4	11,9
15	Сухой остаток	мг/л	1000	108,2
16	Температура	С0	-	-
17	ХПК	мг/л	15	7,13
18	Фенолы	мг/л	0,001	0,0011
19	Нитраты	мг/л	10,2	0.45
20	Свинец	мг/л	0,01	<0,005
21	Сероводород	мг/л	-	0,0007
22	Диметилсульфид	мг/л	0,01	<0,0005
23	Лигнин	мг/л	5,0	0,085
24	Метанол	мг/л	3,0	0.04
25	Скипидар	мг/л	0,2	0,09
26	Таловые масла	мг/л	-	0,23
27	Формальдегид	мг/л	0,05	0,0044
28	Общее микробное число	КОЕ в 1 мл	-	отсутств.
29	Общие колиформные бактерии	число в 100 мл	не более 1000	отсутств.
30	Термтолерантные колиформные бактерии	число в 100 мл	не более 1000	отсутств.
31	Колифаги	БОЕ в 100 мл	отсутствие	отсутств.

Анализ приведенных данных показал, что величины средних концентраций 95% обеспеченности за весь период наблюдений не превышают установленных ПДК для всех показателей, за исключением БПК₂₀ и фенолов. В отдельных пробах воды наблюдалось превышение ПДК по показателю БПК₅ (от 2,1 мг/л до 3,2 мг/л при средней концентрации 1,94).

По показателям качества воды водохранилище Усть-Илимского гидроузла соответствует 1 классу, а по БПК - 2 классу поверхностных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения.

питьевой ангара лесопромышленный водозабор

Нефтепродукты (мг/л)

ХПК

Взвешенные вещества, мг/л

Рис. 3 Хронологические графики изменения показателей качества воды фенол (мг/л)

Выполненный автором в работе анализ данных по химическим и микробиологическим показателям (с 1996 по 2009 гг.) позволил сделать прогноз по изменению качества воды. На рис. 3 приведены хронологические графики изменения наиболее важных показателей качества воды, построенные по данным наблюдений за указанный период.

Как показали результаты исследований, по таким показателям как: нефтепродукты, нитриты, фтор, метанол, формальдегид, растворенный кислород и цветность, рН наблюдается тенденция снижения; для фенолов, ХПК, кальция, взвешенных веществ и мутности - увеличение; для нитратов, магния, хлоридов, сульфатов, сухого остатка и общей жесткости - незначительный рост.

Автором предложено оценивать концентрации особо токсичных веществ - фенола, метанола и серосодержащих соединений, а так же контролировать ситуацию по интегральным показателям: взвешенные вещества, БПК, ХПК, а также ООУ - общий органический углерод, позволяющий судить об общем количестве всех органических веществ, а не только окисляемых.

В работе определен порядок и объем необходимых мероприятий по улучшению санитарного состояния территорий первого и второго поясов ЗСО. Полностью результаты обследования территории и плана мероприятий по организации территории ЗСО приведены в главе 3 диссертации.

Автором проведено сравнение эффективности очистки поверхностного стока с помощью разных типов очистных сооружений. Сравнительный анализ качества воды показал, что на коллекторах, оборудованных очистными сооружениями типа «проточный пруд» или «биоплато», эффективность очистки по взвешенным веществам составляет 89,5%, а по нефтепродуктам - 78,7%, в отличие от щитовых заграждений (57,4% и 49,3% соответственно) и от сооружений камерного типа (62,0% и 60,5%).

Проведенные исследования проб воды, отобранной из ручья Симаха до места его впадения в естественное болото, и в месте впадения в водохранилище показали небольшое отличие от имеющихся литературных данных об эффективности очистки поверхностных вод методом фитотехнологии (табл. 2).

Таблица 2

Результаты исследований проб воды из Усть-Илимского водохранилища и ручья Симаха

Показатели загрязнения	Ручей Симаха	Водохранилище	Полученная эффективность очистки, %	Эффективность %, (лит. данные)
БПК пол, мг/дм3	2,52	1,7	32	60-80
Взвешенные вещества, мг/дм3	4,8	0,7	85	85-97
Нефтепродукты. мг/дм3	0,09	0,04	67	65-90

Исходя из полученных данных был сделан вывод о возможности создания системы очистных сооружений в виде «аварийный пруд-накопитель - проточный пруд - биоплато» для очистки стока ручья Симаха и о целесообразности проведения дополнительных искусственных посадок высших водных растений на акватории планируемого биоплато.

Глава 4 диссертации «Обеспечение нормирования организованного сброса сточных вод Усть-Илимского ЛПК в реку Ангара» посвящена решению проблемы обеспечения экологической безопасности сточных вод Усть-Илимского ЛПК. Количественная характеристика стоков по загрязнениям (удельная - из расчета на 1 т товарной целлюлозы), а также их суммарное суточное количество представлены в табл.3.

Таблица 3

Количественная характеристика стоков по загрязнениям

№ п/п	Показатель загрязнения	Удельный расход, кг/т	Суточный расход, т
1	Взвешенные вещества	16,2	27,7
2	БПК5	25,4	43,5
3	ХПК	118	202
4	АОХ*	6,7	11,5 (расчет)
5	Сульфаты	9,9	17
6	Хлориды	50	87
7	Метанол	5,0	8,7
8	Фенолы	0,1	0,17
9	Сероводород	0,002	0,003
10	Диметилсульфид	0,009	0,015
11	Диметилдисульфид	0.002	0,003
12	Талловое масло	1,9	3,2
13	Скипидар	0,03	0.05
14	Лигнинные вещества	9,9	17,0
15	Формальдегид	0,03	0,05
16	Хлороформ	0,23	0.4

*АОХ - адсорбированные органические галогены.

Условно-чистые производственные сточные воды сбрасываются в ручей Катымов, а производственные сточные воды подаются на очистные сооружения (см. рис. 1). Водоотведение предприятия осуществляется по полной раздельной схеме. В диссертации подробно рассматриваются системы оборотного водоснабжения и повторного использования теплой воды. Принципиальная схема использования воды приведена на рис. 4.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 4. Принципиальная схема систем оборотного водоснабжения и повторного использования воды. * ЦКРИ - цех каустизации и регенерации извести

Для очистки сточных вод на предприятии используются локальные и внеплощадочные сооружения очистки, включающие: барабанные фильтры типа ФБ-01; маслоловушку для улавливания таловых продуктов; ректификационные колонны «Стриппинг» для очистки конденсатов варочного, выпарного цехов от сернистых соединений, скипидара, метанола; дугообразные сортировки для улавливания волокна из сточных вод отбельного и варочно-промывного цеха; станцию нейтрализации сточных вод отбельного и выпарного цехов.

Внеплощадная механическая очистка бытовых и производственных сточных вод осуществляется раздельно.

По фенолам, талловому маслу и метанолу уже наблюдается превышение ПДК, а по взвешенным веществам, скипидару и нефтепродуктам значение фоновых концентраций приближается к значениям ПДК.

Проведенный в работе анализ свидетельствует о необходимости сокращения сброса загрязняющих веществ со сточными водами в реку Ангара с целью выполнения требований природоохранного законодательства.

В табл. 5 приводятся данные о сокращении сброса загрязняющих веществ, которые могут быть получены при проведении предложенных мероприятий.

Таблица 5

Сокращение сброса загрязняющих веществ при проведении мероприятий по совершенствованию систем очистки

Загрязняющие вещества	Концентрация, мг/л	Сокращение сброса, т/год
	до мероприятия	после мероприятия
Взвешенные вещества	24,0	18,5	570,0
БПК5	13,5	9,5	410,0
Метанол	1,1	0,9	20,0
Фенолы	0,025	0,018	0,65
Таловые продукты	2,7	1,6	114,0
Лигнин	22,0	14,5	770,0
Хлороформ	0,3	0,2	10,2
АОХ	22,0	16,0	617,0
Хлориды	500,0	380,0	7196,0

Автором сделан вывод о том, что основными причинами, оказывающими отрицательное воздействие на параметры сточных вод, являются: короткая схема промывки целлюлозы после варочного котла; несовершенство промывного оборудования и систем аэрации аэротэнков; использование молекулярного хлора и гипохлорита для отбеливания целлюлозы; высокие потери сульфата при промывке.

Как видно из таблицы, предлагаемые мероприятия позволят существенно сократить сброс таких токсичных загрязнителей, как метанол, фенолы, талловые масла, а также лигнин и взвешенные вещества.

Для оценки экологической ситуации в районе сброса стоков ЛПК в главе 4 подробно рассматриваются гидрологический и гидрохимический режим реки Ангара и ручья Катымов.

С учетом экологических, химических и гидрологических особенностей реки Ангара в рамках главы 4 был проведен расчет объема, режима и загрязненности допустимого сброса. Определение разрешенного сброса осуществлено при помощи программного комплекса «Зеркало++» версия 4.30, являющейся частью «Унифицированной системы подготовки принятия решений в области природоохранной деятельности», имеющей сертификат соответствия №МПРСРС.RU.51.0002.000003 и рекомендованной Министерством природных ресурсов Российской Федерации.

В работе также были рассчитаны по всем выпускам: концентрации загрязняющих веществ в контрольных створах, нормативные показатели сброса сточных вод. Содержание фенолов, метанола и таллового масла в контрольном створе превышает нормативы качества воды, хотя при этом их концентрации не превышают уровня фоновых значений.

Показатели по БПК₅, взвешенным веществам, фосфатам, аммонийному азоту, сероводороду, хлоридам, цветности, окисляемости и ХПК превышают фоновые значения, но ниже нормативных показателей. Таким образом, при расчете НДС по новой методике, на эти показатели необходимо было обратить особое внимание.

По результатам проведенных исследований можно сделать допущение, что для некоторых загрязняющих веществ (талловое масло, метанол и фенолы) могут быть установлены ВСС, рассчитанные на основе фоновых показателей по этим загрязнениям для реки Ангара.

Одно из названных веществ - фенол, может образовывать естественный природный фон, другое - талловое масло, не может продуцироваться в природных водах естественным путем. Концентрация метанола в контрольном створе превышает концентрацию фактического сброса, что связано, по мнению автора, с повышенной фоновой концентрацией данного вещества в водах реки Ангары.

В работе было проведено сравнение нормативных показателей сброса сточных вод по всем трем выпускам, рассчитанным согласно «Методическим указаниям» (в редакции 1998 г.) и по «Методике 333» (в редакции 2007 г.). Следует отметить, что фактические данные соответствуют замерам 2009 г., которые практически совпадают с данными 2006 г. При расчетах учитывался эффект встречных течений в нижнем бьефе водохранилища.

В качестве примера приведены данные расчётов по выпуску №1 в реку Ангара, аналогичные результаты были получены по всем трем выпускам. По всем показателям, кроме концентраций летучих фенолов, диметилсульфида и метанола, очевидно значительное ужесточение нормативов (НДС).

Показатели в контрольном створе остаются ниже нормативных значений, а концентрации ПДС, которые раньше укладывались в норматив (ПДС норма), за исключением аммоний-иона, нитрит-иона, сульфат-иона и СПАВ, теперь превышают норматив (НДС). Таким образом, ужесточение нормативов никак не сказывается на качестве воды в контрольном створе, где обеспечивается достаточное разбавление стоков, но автоматически приводит к ужесточению требований к очистным сооружениям. Только по пяти показателям (табл. 7) - взвешенным веществам, летучим фенолам, талловому маслу, хлороформу и хлоридам, в 2009 г. утвержден временно согласованный сброс (ВСС) и эти нормативы тоже значительно жестче, чем ранее рассчитываемый ПДС.

Таблица 7

Утвержденные нормативы временно согласованного сброса (ВСС). Выпуск №1, река Ангара

№ п/п	Наименование веществ	Класс опасности	Концентрации ВСС, мг/л	Временно согласованный сброс, т/год
1	2	3	4	5
1	Взвешенные вещества		24,3	2643
2	Фенолы летучие	3	0,024	3
3	Талловое масло	4	2,98	326
4	Хлороформ	1	0,23	25
5	Хлорид-анион	4	470	51119

В ходе исследований было установлено, что нормативы предельно допустимого сброса (ПДС) практически по всем нормируемым показателям значительно выше вновь утверждённых нормативов допустимого сброса (НДС), однако применение технологического норматива ПДС более выгодно в экономическом отношении и позволяет определить отдельные производства и участки, вносящие наибольший вклад в сброс загрязнений и показывает хорошую сопоставимость с международными стандартами ИСО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации была предпринята попытка решить некоторые экологические проблемы целлюлозно-бумажной промышленности на примере крупного лесопромышленного комплекса - Усть-Илимского ЛПК. Проведен анализ современных тенденций и методов оптимизации функционирования систем водопользования и нормирования сбросов сточных вод в лесоперерабатывающей отрасли. На УИ ЛПК качество сточных вод контролируется по 26 показателям, что безусловно экономически невыгодно и нецелесообразно. Научный опыт многочисленных зарубежных и отечественных исследователей (Личутина Т.Ф., Мискевич И.В., Воробьева Л.В., Черноусов Ю.И., Лича Т., Маенпаа Р., Съеблом К., Уэбб Л., Хюннинен П., Яковлев С.В., Ласков Ю.М. и др.), а также многолетние данные мониторинга 2005-2009 гг., позволяют утверждать, что в качестве основных показателей следует использовать следующие - взвешенные вещества (ВВ), ХПК, БПКполн, АОХ, а также концентрации соединений азота, фосфора и хлоридов. В качестве дополнительных, но обязательных для контроля показателей, следует использовать концентрации летучих фенолов, таллового масла, метанола и хлороформа, поскольку именно по этим показателям концентрации в контрольном створе близка к фоновым концентрациям и, следовательно, требуют постоянного контроля. Следует отметить, что на сегодняшний день такой важный и репрезентативный показатель, как АОХ не является обязательным, а используется в дополнение к остальным измеряемым показателям.

Результаты многолетнего мониторинга воды в Усть-Илимском водохранилище показали, что существующий промышленный водозабор может быть использован не только для обеспечения технических потребностей самого УИ ЛПК, но и для обеспечения города Усть-Илимска питьевой водой, соответствующей современным нормативам качества. Для этого необходимо обеспечить нормальное функционирование поясов санитарной охраны в рамках программы, разработанной автором. Во избежание последствий аварийного сброса поверхностных вод с канализационной станции необходимо также осуществить реализацию проекта разработанного автором «аварийный пруд - проточный пруд - биоплато».

Анализ воздействия стоков ЛПК на качество воды в бассейне реки Ангары, ручья Катымов и акватории Усть-Илимского водохранилища, а также расчёт нормативов допустимого сброса по двум существующим методикам осуществлён впервые. Работа позволила получить экологическую оценку существующих технологий производства и очистки на исследуемом предприятии и определить наиболее эффективные мероприятия для достижения европейских технологических нормативов. Нормативы предельно допустимого сброса (ПДС) практически по всем нормируемым показателям значительно выше вновь утвержденных нормативов допустимого сброса (НДС), однако позволяют регламентировать поступление поллютантов в водные объекты примерно на одном уровне. В то же время применение технологического норматива ПДС более выгодно в экономическом отношении и позволяет определить отдельные производства и участки, вносящие наибольший «вклад» в сброс загрязнений. Следует также отметить, что методика расчета ПДС, действовавшая в России до 2007 г., показывала хорошую сопоставимость с международными методиками ИСО.

Таким образом, проведенные исследования доказали целесообразность применения нормативов ПДС для анализа, контроля и регулирования сброса биологически очищенных сточных вод УИ ЛПК.

Основные выводы

Проведённый научный анализ состояния систем водопользования ЛПК и г. Усть-Илимска, а так же мониторинг качества воды в водохранилище Усть-Илимского гидроузла подтвердили возможность обеспечения водой питьевого качества г. Усть-Илимска промышленным водозабором ЛПК, что подтверждено расчетными и фактическими данными по годовому распределению концентраций загрязняющих веществ.

Для исключения ухудшения экологической ситуации в водохранилище автором доказана и обоснована возможность обеспечения очистки сточных вод в случае аварийного сброса канализационной насосной станции г. Усть-Илимска с помощью инженерно-биологической системы «проточный пруд ? пруд-отстойник (биоплато) - пруд-накопитель».

Автором дана качественная и количественная характеристика очищенных стоков, поступающих в р. Ангара по отдельным потокам. Оценена эффективность работы действующих очистных сооружений ЛПК. Установлено значительное превышение норматива (ПДК) в стоках по: взвешенным веществам, ХПК, БПК_полн, фенолам, талловому маслу, лигнину, метанолу, хлороформу. Показано, что основными причинами, оказывающими отрицательное воздействие на качество и количество у сточных вод, являются: несовершенство промывного оборудования и технологии промывки целлюлозы; технологии биологической очистки стоков; использование молекулярного хлора и гипохлорита для отбеливания целлюлозы; высокие потери сульфата при промывке.

Предложены поэтапные схемы модернизации технологического процесса и усовершенствования системы очистки промышленных сточных вод, обеспечивающие значительное сокращение годового сброса по выше перечисленным показателям загрязнений.

Произведен расчет нормативных показателей сброса (норматив качества в контрольном створе, ПДС_норма, ПДС_факт, НДС) и эффекта разбавления с учетом экологических, гидрологических и химических особенностей реки Ангара и ручья Катымов. Это позволило сделать вывод о том, что содержание фенолов, и талового масла в контрольном створе превышает нормативы качества воды, но при этом их концентрации не превышают уровня фоновых значений.

СТАТЬИ ИЗ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ИЗДАНИЙ

Рекомендованные ВАК Минобрнауки России

1. Фрог Д.Б., Фрог Б.Н., Харламова М.Д. Обеспечение экологической безопасности водозабора усть-илимского лесопромышленного комплекса.// Вестник РУДН. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. №4, 2010 г.;

2. Панина М.А., Фрог Д.Б., Харламова М.Д. Совершенствование экологического нормирования в области водоснабжения и водоотведения ЦБК.// Вестник РУДН.-ISSN 0869-8732 Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. №2 , 2010 г.;

3. Фрог Б.Н., Шашков С.Н., Фрог Д.Б. Обеспечение нормирования организованного сброса сточных вод Усть-Илимского ЛПК в р. Ангара.// Экология урбанизированных территорий №4, 2010 г. С.63-70.

Статьи из периодических изданий

4. Фрог Д.Б. «Применение электрополя для интенсификации процесса коагуляции (Котласский ЦБК)» ГК РФ по ВО Вологодский Политехнический институт НТК "Экологические проблемы рационального использования и охрана водных ресурсов" УДК 628.337 1994 г.;

5. Фрог Д.Б. «Обеспечение экологической безопасности организованного сброса сточных вод Усть-Илимского ЛПК в реку Ангара».// Конференция ЮНЕСКО 2010 г.;

6. Фрог Б.Н., Фрог Д.Б., Скурлатов Ю.И. Эколого-химические аспекты процессов водоочистки и водоподготовки.// Проекты развития инфраструктуры города. Вып.4. Комплексные программы и инженерные решения в области экологии городской среды.- Сб. научных трудов.- М. Изд. Прима-Пресс-М, 2004 г. с. 110-126;

7. Фрог Д.Б., Фомичев С.А., Бабаев А.В. Проекты развития инфраструктуры города. Вып. 8 Перспективные направления развития технологии и проектирования в водохозяйственном комплексе города - Сб. научных трудов.- М.: Прима-Пресс Экспо, 2008 г. с. 88-90;

8. Фрог Н.П, Фрог Б.Н., Фрог Д.Б. Обеспечение населения России физиологически полноценной питьевой водой (проект «третий кран»)//«Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение», 2009 г., №1;

9. Платонова О.А., Кузьмина Н.П., Ищенко И.Г., Фрог Д.Б., Тихонов О.В. Повышение эффективности технологии очистки воды на водопроводных очистных сооружениях г. Иваново.// Проекты развития инфраструктуры города. Вып.6. Экологические аспекты инженерной инфраструктуры. - Сб. научных трудов. - М.: Изд. Прима-Пресс-М , 2006 г., с. 47-53.;

10. Доклад на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Устойчивость, безопасность, и энергоресурсосбереженне в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» - МГСУ декабрь 2010 г.

Размещено на Allbest.ru

...