«ОЦЕНКА И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ, НАРУШЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНО-ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ...»

На правах рукописи

Тупицына Ольга Владимировна

ОЦЕНКА И ВОССТАНОВЛЕНИЕ

ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ, НАРУШЕННЫХ

СТРОИТЕЛЬНО-ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 25.00.36 – Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2014 Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Чертес Константин Львович

Официальные оппоненты: Коротаев Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Пермский государственный технический университет", проректор по науке и инновациям Невский Александр Владимирович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Ивановский государственный химико-технологический университет", профессор кафедры "Промышленная экология" Сватовская Лариса Борисовна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Петербургский государственный университет путей сообщений Императора Александра I", зав. кафедрой "Инженерная химия и естествознание"

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе»

Защита диссертации состоится " 22 " октября 2014 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.07, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д.26, зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru.

Автореферат разослан " " 2014 г.

Ученый секретарь Потапов Александр Дмитриевич диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост городов способствует формированию в границах градопромышленных агломераций дефицита свободных территорий, доступных для освоения.

При этом, как показывает практика, в ареале потенциального развития агломераций расположены десятки объектов размещения и захоронения отходов, отработанных карьеров, участков аварийных проливов загрязняющих веществ, бездействующих зданий и сооружений. Общая площадь территорий, занятых подобными объектами, достигает десятков гектар и требует производства комплекса мероприятий с целью снижения уровня существующей техногенной нагрузки и возврата земель в хозяйственное использование. По генезису все перечисленные объекты являются техногенными и в совокупности с компонентами окружающей среды образуют природно-техногенные системы (ПТС), развивающаяся во времени и пространстве как единое целое.

Известные методы и технологии восстановления подобных ПТС часто неэффективны. Не учитывается сложность структуры и состава ПТС, обусловленная неорганизованными условиями их формирования и продолжительным жизненным циклом в естественных условиях. Ресурсные и геоэкологические особенности промышленного кластера как основного источника генерации ПТС не принимаются во внимание. В результате, даже после производства восстановительных работ ПТС продолжают оказывать отрицательное воздействие на компоненты окружающей, а восстановленная территория не находит целевого использования. При этом отсутствует теоретическая база комплексной оценки состояния нарушенных ПТС для разработки технологий их управляемого восстановления с целью последующего освоения, а существующие отраслевые требования и принципы производства восстановительных работ предполагают наличие исчерпывающих сведений о структуре, составе и свойствах, компонентов их формирующих. Решение проблемы эффективного восстановления и освоения ПТС в условиях неопределенности их структуры, состава и генезиса формирования требует разработки теоретических положений комплексной оценки и технологий восстановления и освоения нарушенных территорий, выходящих за рамки понятия "рекультивация".

Степень разработанности проблемы. Следует высоко оценить научные работы отечественных авторов, посвященные оценке состояния и восстановления ПТС: по методологическому обеспечению - В.В.Дмитриева, И.И. Мазура, В.И. Осипова, Н.Ф.Реймерса, В.Д.Кальнера и др.; по реализации системного подхода в управлении экологической безопасности ПТС при строительстве - В.И. Теличенко, М.Ю. Слесарева и др.; по теории и методам оценки геоэкологической безопасности создаваемых и восстанавливаемых ПТС - Т.Г.Середы, М.В. Графкиной, В.В. Гутенева, Ю.В. Трофименко; по направлениям и технологиям восстановления нарушенных ПТС, в том числе при строительстве и обращении с отходами - И.К. Яжлева, К.Л. Чертеса, Е.В. Щербины, В.Ф. Кутенева, В.А. Звонова, В.Н. Коротаева, Д.Ю. Ступина, И.М. Сенющенковой и др.

Известные системы оценки нарушенных ПТС, предполагают проведение комплекса инженерных изысканий, при этом отсутствует система комплексной оценка ПТС в границах ее расположения и потенциального влияния. Не учитываются характер сопряженных геосистем, состав и структура техногенных образований и транспортнологистическая доступность источников производства рекультивационных материалов, что сопровождается удорожанием стоимости восстановительных работ при неопределенности направлений целевого освоения территории. Актуальной остается проблема развития крупных градопромышленных агломераций в условиях дефицита свободных территорий и значительного уровня аккумулированной техногенной нагрузки в результате реализации строительно-хозяйственной деятельности. Отсутствие комплексного подхода в области оценки состояния нарушенных ПТС и разработки технологий управляемого восстановления зачастую нивелирует их эффективность при достаточной высокой стоимости работ и отсутствии перспектив возможного хозяйственного освоения земель. Актуальность исследования данной проблемы чрезвычайно высока, так как методология исследования и результаты ее практического решения затрагивают интересы общества, предприятий, институтов государственной власти и направлены на обеспечение инвестиционной привлекательности и благоприятной окружающей среды крупных градопромышленных агломераций.

';

Цель диссертационной работы: разработка комплексной оценки и технологий восстановления природно-техногенных систем, нарушенных строительно-хозяйственной деятельностью, для последующего освоения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- разработаны теоретические положения и методологическая база оценки состояния ПТС позволяющая обосновать направлений их восстановления и последующего освоения;

- разработана этапная система оценки ПТС с учетом трансформации на выделенных стадиях жизненного цикла и перспективой освоения в условиях регионального кластера;

- разработаны технологические основы, базовые принципы и технологии управляемого восстановления ПТС для последующего освоения;

- разработаны конструктивно-технологические оформления и апробированы технологии восстановления и освоения ПТС в виде комплексов рециклирования.

Рабочая гипотеза диссертационного исследования, основана на предположении о возможности вовлечения нарушенных природно-техногенных систем в хозяйственный оборот путем направленного воздействия на их структуру и состав с использованием технологий восстановления. Причем, использование подобных технологий с минимальными экологическими издержками возможно в условиях комплексов рециклирования территорий, а создание которых сопряжено с необходимостью учета пространственновременного позиционирования, структурной организации и потенциальной рециклирующей способности нарушенных ПТС.

Научная новизна 1. Предложена методология оценки ПТС на основе бинарного подхода: как территориальных единиц геосреды и как объектов трансформации техногенных образований.

Оценка ПТС как территориальных единиц геосреды производится с учетом взаимного позиционирования объектов и анализа ресурсных возможностей региона для определения направлений перспективного освоения. Оценка ПТС как объектов трансформации техногенных образований, с дифференцированием на базовые составляющие, отнесением к стадии жизненного цикла, выделением фрагментов неоднородной структуры и состава и индикацией способности к биоразложению, позволяет разработать технологии управляемого восстановления.

2. Для ПТС в условиях достижения сродства базовых составляющих выделены стадии жизненного цикла: диссипация, агломерация и ассимиляция. Отнесение ПТС к стадии жизненного цикла производится с использованием групп характеристик: структурно-геометрических, хронологических, геоэкологических, геомеханических и биохимических.

3. Учет стадий жизненного цикла ПТС определяет набор технологий восстановления и перспективные направления освоения нарушенных территорий.

4. Предложены базовые принципы восстановления нарушенных ПТС с созданием на их основе комплексов рециклирования ПТС: «доминирования техногенного образования», «обеспечения условий природного подобия базовых составляющих», «кластерный», «конструктивно-компоновочный».

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. На основе результатов предложенной методологии оценки ПТС как бинарной системы возможна разработка научно обоснованных технологий управляемого восстановления с минимальным воздействием на природную геосреду.

2. Использование параметрических групп характеристик позволяет оценить состояние нарушенных ПТС на выделенных стадиях жизненного цикла, установить соответствие направления освоения территории выделенной стадии и предложить технологии управляемого восстановления с минимальными геоэкологическими и финансовыми издержками.

3. Базовые принципы восстановления положены в основу создания новых технологий управляемого воздействия на ПТС, в частности: агрегационной технологии геоконтейнерной обработки шламов, конверсионных технологий обработки углеводородсодержащих техногенных образований, жидких техногенных образований накопителей с использованием станций аэрации, инокуляции массивов твердых коммунальных отходов.

4. Показана возможность использования технологий управляемого восстановления нарушенных ПТС в составе инженерных комплексов рециклирования: агрегации шламов ТЭЦ, конверсии нефтезагрязненных материалов и реконструкции сооружений.

Перечисленные комплексы запроектированы и внедрены в составе мероприятий по восстановлению нарушенных ПТС в агломерациях «Куйбышевская», «Новокуйбышевская» и «Отрадненская» с общим экономическим эффектом 273 млн. руб.

Положения, выносимые на защиту 1. Комплексный подход к оценке ПТС как бинарных систем по признакам пространственно-временного позиционирования, структурной организации и потенциальной рециклирующей способности доминирующих базовых составляющих.

2. Теоретические положения и методология оценки ПТС для обоснования экологически целесообразных технологий их восстановления и перспективных направлений освоения.

3. Базовые принципы восстановления нарушенных природно-техногенных систем с целью перспективного освоения их территорий в качестве функциональных зон комплексов рециклирования.

4. Технологии направленного воздействия на ПТС при их восстановлении с учетом результатов оценки стадии их жизненного цикла, структуры и состава.

Личный вклад автора состоял в определении основных направлений, методов и объектов исследований, разработке методического обеспечения, организации и проведении исследований с систематизацией, обсуждением и интерпретацией полученных результатов. Все представленные в диссертации технологии восстановления и освоения природно-техногенных систем теоретически обоснованы, разработаны и внедрены под руководством автора в качестве главного специалиста проекта и при его непосредственном участии. Эмпирическую базу работы составляют материалы исследований по проблемам оценки состояния территорий, нарушенных строительно-хозяйственной деятельностью и направлениям их перспективного освоения, а также результаты научноисследовательских работ, выполненных при участии автора в 2011-2012 г.г. в рамках государственных программ развития высшей школы РФ, а именно:

- «Исследование кинетических закономерностей интенсификации биодеструкции многокомпонентных гетерогенных углеводородсодержащих отходов» (2011, № гос.регистрации:01201153846);

- «Разработка комплексной системы переработки и утилизации сильнообводненных и пастообразных отходов» (2012, № гос.регистрации:01201257752).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается и подтверждается использованием современных методов при проведении полевых, камеральных и лабораторных исследований, в области обработки массивов многомерных данных, теоретической и графической интерпретации и аппроксимации полученных результатов. Основные научные результаты исследований подтверждены патентами, внедрены на практике в составе конструктивно-технологических решений проектно-сметной документации, получивших положительные согласования государственных экспертных организаций.

Апробация результатов исследований. Положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на V Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (г. Санкт-Петербург, 2003); II Всероссийской научно-практической конференции «Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов»

(г. Самара, 2003); X Международной конференции по хемометрике в аналитической химии (Линдоя, Бразилия, 2006); V Международном симпозиуме РФФИ «Современные методы анализа многомерных данных» (г. Самара, 2006); VIII Международной научнопрактической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (г. Пенза, 2006); X Скандинавском симпозиуме по хемометрике (Лаппеенранта, Финляндия, 2007); Х Международной научнопрактической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2009); Петербургской технической ярмарке (г. Санкт-Петербург, 2011, 2012); Международном форуме по управлению отходами, природоохранным технологиям и возобновляемой энергетике WasteTech/ВэйстТэк (г. Москва, 2011, 2013); Международном экологическом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT (г. Тольятти, 2011, 2013); Промышленном салоне «Экспо-Волга» (г. Самара, 2012); выставке «Нефтедобыча. Нефтепереработка. Химия», «Экспо-Волга» (г. Самара, 2011,2012,2013) Разработанные положения апробированы в ходе выполнения проектных работ и внедрены для объектов: ОАО «Самаранефтегаз» (2008–2011), ОАО «Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод» (2006, 2009, 2011), ОАО «Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод» (2010), ОАО «Сызранский нефтеперерабатывающий завод»

(2000, 2006). Осуществлена подготовка территории промышленных площадок ОАО «Куйбышевский НПЗ» и ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» к новому строительству, а также рекультивация полигонов размещения коммунальных отходов «Тимофеевский» и «Отрадный».

Восстановлено и подготовлено для хозяйственного использования более 200 га территорий, нарушенных строительством и деятельностью жилищно-коммунального комплекса (2002–2012). Новизна технических решений подтверждена 4 патентами на изобретения и 1 свидетельством на полезную модель Российской Федерации. Материалы диссертации используются в учебном процессе СамГТУ.

Публикации по результатам исследований. По теме диссертации опубликовано 50 работ, из них 15 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 патента на изобретение и 1 свидетельство на полезную модель, 5 монографий.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 323 листах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, библиографического списка из наименований, содержит 57 рисунков, 46 таблиц и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, определены объекты и цели исследований, сформулированы задачи по их достижению. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлен анализ известных методов исследования природнотехногенных систем, нарушенных деятельностью строительства и ЖКХ, рассмотрены существующие воззрения на проблемы их восстановления. Показана доминирующая роль строительно-хозяйственной деятельности и деятельности по обращению с отходами в качестве источников генерации ПТС в градопромышленных агломерациях.

Акцентировано внимание на разнообразие известных классификаций подобных нарушенных ПТС. Показана ограниченность существующих классификаций отраслевой спецификой объектов, отсутствие систем и методов учета сложности и неоднородности структур техногенных образований в условиях взаимодействия с компонентами геосреды.

Представлены результаты анализа известных методов исследования нарушенных ПТС и оценки их состояния. Показано, что данные методы предполагают проведение инженерных изысканий и направлены на определение уровня техногенного нарушения компонентов среды, отсутствие комплексной системы оценка ПТС с учетом структуры и состава техногенных образований на выделенных стадиях жизненного цикла. Не затрагиваются вопросы ликвидации техногенных образований различной природы или их дальнейшего освоения, что затрудняет вовлечение восстановленных земель в использование и приводит к их отчуждению. Акцентировано и обосновано значение понятия «восстановление нарушенных ПТС» как комплекса методов и технологий, направленных на достижение природного подобия, установления динамического равновесия между техногенным образованием и природной геосредой при подготовке территорий к дальнейшему освоению. Данная трактовка предполагает учет изменения структуры и свойств компонентов ПТС в условиях направлений целевого освоения территорий и кластерных особенностей региона. Показано, что ПТС является системой техногенных образований и компонентов природных геосферных оболочек, подверженных воздействию, причем техногенное образование как источник генерации поллютантов в геосреду является доминирующей составляющей системы среди базовых составляющих и выделенных структурных элементов её формирующих и лимитирует восстановление компонентов геосреды. (рис. 1). Геосреда, в свою очередь, обладает «откликом» на воздействие, приводя к появлению в техногенных образованиях вторичных изменений: нарушению сплошности, формированию неоднородной структуры и трансформации вещества. Кроме того, техногенные образования позиционированы в границах регионального промышленного кластера с индивидуальными ресурсными и геоэкологическими особенностями.

Восстановительные работы связаны с необходимостью использования значительных объемов рекультивационных материалов, в качестве которых, как правило, используются природные почвогрунты. Постоянно возрастающий дефицит почвогрунтов сдерживает восстановление ПТС, приводит к удорожанию работ и увеличению их общей продолжительности. Не учитываются факторы, способствующие или, наоборот, затрудняющие производство восстановительных работ (наличие свободных земельных участков, предприятий рециклинга и логистики, расположение ПТС по отношению к особо охраняемым территориям, жилой застройке, охранным зонам взрыво- и пожароопасных объектов и др.).

Строительно-хозяйственная деятельность Природные геосферные оболочки Техногенные образования бездействующие сооружения и конструкции Рисунок 1. Структура природно-техногенных систем и основные виды техногенных образований в Проблему позволит решить разработка методов оценки и технологий восстановления ПТС с учетом их пространственно-временного позиционирования на выделенной стадии жизненного цикла, структурной оргнаизации и потенциальной рециклирующей способности базовых составляющих, а также направлений целевого освоения в региональном промышленном кластере.

Во второй главе разработаны теоретические и методологические положения оценки ПТС, а также сформированы исходные данные проведения исследований. В условиях неопределенности состава, структуры и генезиса формирования техногенных образований теоретическая база оценки ПТС предусматривает комплексный этапный анализ по признакам пространственно-временного позиционирования, структурной организации и потенциальной рециклирующей способности базовых составляющих. Совокупный учет данных признаков образует принципиальную структуру системы оценки нарушенных ПТС (рис.2).

Рисунок 2. Принципиальная структура системы оценки ПТС Рисунок 3. Элементы и характеристики системы оценки нарушенных ПТС Оценка структурной организации учитывает наличие доминирующих базовых составляющих: техногенного образования, как объекта трансформации и геосреды, как объекта управляемого восстановления и целевого освоения. Оценка структурной организации ПТС производится набором геомеханических и биохимических характеристик базовых составляющих (рис.3).

Потенциальная рециклирующая способность предполагает учет направлений освоения восстановленный территорий и оценку возможности использования ресурсного потенциала техногенных образований. Оценка рециклирующей способности ПТС производится набором ресурсных и геоэкологических характеристик (рис.3).

Таким образом, каждый признак разработанной системы оценки ПТС имеет выраженную бинарность. Результатами комплексной оценки ПТС по указанным признакам является: определение пригодности ПТС для восстановления с выбором направления освоения; получение сведений о структуре и составе ПТС для создания и совершенствования технологий восстановления; обоснование возможности организации комплексов рециклирования на территории ПТС.

Совокупность признаков, характеристик их оценивающих и методов их определения формируют основные положения методологии комплексной оценки нарушенных ПТС:

1. Сочетание натурных, графических и численных методов исследования.

2. Структурно-матричный анализ с интерпретацией ПТС в виде массивов данных и объемных моделей и выделением неоднородных фрагментов с использованием метода главных компонент.

3. Отнесение ПТС к выделенной стадии жизненного цикла.

4. Оценку возраста и стабильности техногенного образования путем индикации его способности к трансформации методом биоразложения.

5. Логистический анализ ПТС и оценку их потенциальной рециклирующей способности.

Особенностью методологии является возможность комплексной оценки ПТС для последующего восстановления и освоения, а результаты оценки по одному из признаков обеспечивают системную корреляцию с результатами оценки по остальным признакам.

Оценка по признаку позиционирования распространяется на территориальную и хронологическую составляющие ПТС (рис.4).

Выделенная территории – расположение агломераций ПТС в границах регионального промышленного кластера ные объекты, удаленные преимущественно мине- вие свободных промышленных предПТС-2.

приятий и инженерной Структурная неоднородность Возраст фрагментов Стабильность фрагментов Технологические подходы к восстановлению Структурно-материальный анализ Рисунок 4. Основные этапы комплексной системы оценки нарушенных ПТС Территориальная составляющая ПТС включает типизацию, иерархическое ранжирование, а также учет ресурсообеспеченности и логистической доступности объектов. Хронологическая составляющая предполагает установление стадии жизненного цикла ПТС по признаку достижения устойчивого равновесия (сродства) с компонентами окружающей среды. В настоящей работе под жизненным циклом ПТС понимается временной интервал, в течение которого достигается геомеханическое и биохимическое сродство между базовыми составляющими или с компонентами окружающей среды. При этом вектор жизненного цикла может быть ориентирован как «положительно» - с восстановлением базовых составляющих до ассимиляции компонентами природной среды; так и «отрицательно» - на дальнейшую деградацию ПТС. Трансформируемое техногенное образование, с позиций его сродства с ненарушенной геосредой, последовательно проходит стадии состояния, обозначенные как «диссипация», «агломерация» и «ассимиляция».

Диссипация и ассимиляция являются предельными состояниями ПТС и характеризуют полное нарушение или полное восстановление геоэкологического равновесия. Агломерация – промежуточное состояние равновесия ПТС, связанное с изменением структуры и состава техногенного образования. Учет результатов оценки ПТС по признаку пространственно-временного позиционирования позволяет наметить направления целевого освоения территории: ландшафтную ассимиляцию, консервацию, реконструкцию и конверсию.

Технические особенности реализации данных направлений освоения требуют оценки ПТС по признаку структурной организации (рис.4). Оценка структурной организации ПТС включает анализ базовых составляющих – техногенного образования - как объекта трансформации и геосреды – как объекта восстановления. При этом, ПТС рассматриваются как источник вторичных материальных ресурсов, в частности, возвращенных в использование земельных территорий и вторичных рекультивационных материалов.

Оценка ПТС как объекта трансформации предполагает определение набора характеристик их состояния, разработку объемных моделей строения с выделением фрагментов вещества, неоднородных по стабильности и возрасту. Стабильность ПТС определена вработе как качественная мера структурно-биохимической неоднородности техногенного образования определенного возраста. Возраст ПТС является количественной мерой структурно-временной неоднородности техногенного образования в процессе его трансформации. Под трансформацией понимается изменение механической структуры и химического состава техногенного образования в течение жизненного цикла. Входные параметры оценки трансформации – геомеханические и биохимические группы характеристик (рис.3), значения которых определяются по стандартным методикам аккредитованным Госстандартом России. Выходные параметры – структурная неоднородность, возраст и стабильность ТО, определяются на основе структурно-матричного анализа геомеханических и биохимических характеристик с последующей индикацией способности техногенного образования к биоразложению. Получение сведений о неоднородности, возрасте и стабильности фрагментов в составе ПТС, а также использование технологических подходов формируют теоретические предпосылки разработки технологий управляемого восстановления как путем воздействия на механическую структуру или на химический состав базовых составляющих, а также их комбинирование.

Оценка геосреды, как объекта восстановления производится с учетом технологических подходов: структурно-фазового, обращения с базовыми составляющими и максимального использования ресурсного потенциала.

На рис. 4 представлена схема оценки потенциальной рециклирующей способности ПТС на основе бинарности признака: как объекта рециклинга территорий (возврату земель в использование) и объекта рециклинга техногенных образований (производству рекультивационных материалов). Рециклинг территории, как единиц перспективного освоения геосреды сопряжено с предлагаемыми в работе базовыми принципами: доминирования техногенного образования, обеспечения подобия базовых составляющих, кластерного принципа и конструктивной компоновки сооружений рециклирования.

Результаты оценки потенциальной рециклирующей способности ПТС позволяют наметить принципиальные решения конструктивно-технологического оформления комплексов рециклирования, с их дифференцированием на типы: комплексы агрегации, комплексы конверсии, а также их сочетание в виде комбинированных комплексов, рециклирования нарушенных ПТС. Основные этапы и методология комплексной оценки нарушенных ПТС позволили обосновательно сформулировать основные положения теории оценки нарушенных ПТС с целью их дальнейшего восстановления и освоения:

1. ПТС рассматривается как территориальная единица геосреды и как объект трансформации.

2. Бинарный подход к оценке ПТС с выделением базовых составляющих: техногенного образования и нарушенной геологической среды. Причем техногенное образование является доминирующей базовой составляющей.

3. Как территориальная единица ПТС оценивается типом, иерархическим уровнем, логистической доступностью и ресурсообеспеченностью.

4. Как объект трансформации ПТС оценивается стадией жизненного цикла, возрастом и стабильностью техногенного образования.

5. Обеспечение подобия базовых составляющих при освоении ПТС достигается управляемым воздействием на их структуру и состав в результате применения агрегационных и конверсионных технологий.

6. Перспективным направлением освоения ПТС выступает создание комплексов рециклирования в составе функциональных зон, набор и оформление которых определяется структурно-фазовым составом и способом обращения с базовыми составляющими, а также их ресурсным потенциалом.

Апробация положений теории и методологии оценки выполнена для наиболее характерных ПТС, сформированных строительно-хозяйственной деятельностью, деятельностью по обращению с отходами и представленных бездействующими строительными объектами, участками проливов токсикантов, объектами обращения с коммунальностроительными отходами, отработанными карьерами стройматериалов и другими выемочно-насыпными массивами. В оценке и восстановлении указанных объектов, автор принимал участие в качестве главного специалиста. Объекты характеризуются различными типами структурной организации, пространственно-временным позиционированием, а также содержанием биоразлагаемой органики. Для каждого из объектов сформирован набор наиболее значимых характеристик состояния, включая пространственногеометрические, хронологические, геоэкологические и др. (табл. 1). Совместное пространственное позиционирование объектов показывает, что большинство из них расположено в техногенных ареалах крупных градопромышленных агломераций, характерных для регионов с развитой строительно-хозяйственной деятельностью, в частности «Куйбышевская», «Тольяттинская», «Новокуйбышевская», «Отрадненская» и «Безенчукская».

Характеристики ПТС определялись путем проработки спутниковых снимков, маркшейдерских планов, обмерочных чертежей, фондовых данных министерств и ведомств Самарской области, а также собственных данных автора при проведении проектноизыскательских работ по восстановлению нарушенных ПТС.

Таблица 1. Перечень и характеристика объектов исследований Натурные образцы базовых составляющих изучены при проведении комплексных инженерных изысканий с привлечением лабораторий, аккредитованных Госстандартом России. Построение объемных моделей ПТС проводилось с использованием технических возможностей прикладных программ Arc View 3.2a (модуль Image WARP 2.0); ArcGIS (модуль Geostatical Analyst, 3D Analyst). Оценка ПТС как системы трансформации базовых составляющих и территориальных единиц освоения геосреды выполнена с использованием математического аппарата обработки многомерных данных. Обоснование позиционирования комплексов рециклирования проводилось методом сетевого моделирования пунктов обслуживания с минимизацией грузооборота. Индикация способности органического вещества техногенного образования к биоразложению проводилась методом термофильной биотермической конверсии.

Теоретические основы и методология исследования позволили оценить состояние ПТС как территориальных единиц целевого освоения и объектов трансформации базовых составляющих для последующего выбора технологий управляемого восстановления и освоения.

Значения указанных характеристик показывают, что мощности базовых составляющих ПТС значительны, уровень деградации геосферных оболочек высок и предполагает использование управляемых технологий восстановления. В условиях разнообразия геоэкологических и кластерных особенностей региона применение известных подходов к восстановлению и целевому освоению затруднено. Выходом из сложившейся ситуации может выступать создание комплексов рециклирования на базе ПТС, предполагающих как ликвидацию техногенного образования, так и максимальное использование его ресурсного потенциала. Под комплексом рециклирования понимают набор природоохранных сооружений, функционально обеспечивающих производство вторичных ресурсов (строительных материалов, грунтов, энергии) на основе сырья, поставляемого ПТС агломераций. Располагаясь в границах агломераций, нарушенных ПТС, и обеспечивая их потребность во вторичных материальных ресурсах, комплексы рециклирования являются геотехническим ядром восстановления территорий, нарушенных строительнохозяйственной деятельностью. Создание сети подобных комплексов способствует развитию региональных промышленных кластеров, а также кластеров обращения с отходами.

При этом особенности кластеров могут расширять или, наоборот, ограничивать эффективность восстановления ПТС. Таким образом, не все ПТС пригодны в качестве перспективных площадок создания комплексов, также как не все комплексы рециклирования целесообразно размещать на нарушенных территориях. Поэтому, необходим поиск соответствия типов ПТС различного строения, состава и региональных особенностей предлагаемым направлениям целевого освоения геосреды.

Инструментом оценки и обоснования пригодности ПТС для создания комплексов рециклирования выступила, представленная в третьей главе, система этапного отбора объектов исследования с отнесением к стадии жизненного цикла ПТС (1 этап), учетом их позиционирования и иерархического уровня в кластере (2 этап) и ресурснологистическим анализом (3 этап). Система этапного отбора апробирована в условиях Самарской области для наиболее характерных ПТС.

Первый этап заключается в отнесении ПТС к выделенным стадиям жизненного цикла с позиций сродства техногенного образования с ненарушенной геосредой от «диссипации» через «агломерацию» к «ассимиляции». Инструментом отбора ПТС на первом этапе являлся метод главных компонент (МГК-метод), включающий: представление полученных опытно-экспериментальных данных в виде матриц; центрирование и их шкалирование для вычисления главных компонент и определения их количества; изучение графиков счетов и нагрузок с использованием программы Unscrambler.

Элемент матрицы для объектов исследований агломерации ПТС «Куйбышевская»

представлен в табл.2. Переменными I и J в матрице соответственно выступали количества исследованных ПТС и значения разнородных характеристик их формирования, определенные в ходе исследования.

Таблица 2. Фрагмент матрицы исходных данных размерностью IJ для объектов исследования Характеристики, имеющие разные размерности, преобразованы в удобную для анализа форму путем шкалирования данных. Это обеспечило равную дисперсию всех исследуемых переменных и адекватность их сопоставления друг с другом.

Основным этапом обработки данных является вычисление главных компонент для массива значений разнородных экспериментальных характеристик с использованием NIPALS-алгоритма и получение графиков счетов и нагрузок для отнесения разнородных ПТС к выделенным стадиям жизненного цикла. Результаты совокупного анализа графиков счетов (см.рис.5) и нагрузок позволили дифференцировать ПТС на группы по признаку подобия значений исследуемых характеристик в заданном временном интервале и минимальному градиента их значений.

Рисунок 6. Результаты обработки данных МГК-методом с распределением разнородных типов ПТС по группам с учетом объектами из группы 3. Это выделенных стадий жизненного цикла: 1–3 – группы ПТС, косвенно позволяет говорить о соответственно отнесенные к стадиям ассимиляции (1), справа налево: правее находятся ПТС, вектор состояния которых направлен в сторону диссипации; левее – к ассимиляции. Оставшиеся образцы хорошо разделяются на две группы. При анализе графика счетов видно, что объекты, которые образуют группу 1, имеют более высокие показатели емкости геосреды, благоприятный уровень залегания подземных вод и низкие степени их загрязнения. По результатам оценки жизненного цикла 40 объектов исследования характеризуются агломерационной стадией.

Предположительно, это вызвано длительными процессами минерализации органики в их техногенных образованиях. Для сокращения общего срока восстановления данных объектов с переводом в стадию ассимиляции необходимо управляемое сокращение продолжительности разложения органики с применением конверсионных технологий.

На стадии ассимиляции (10 объектов) восстановление нецелесообразно, так как геосистема достигла равновесия с компонентами природной среды. Ассимилированные ПТС можно подвергать ландшафтному освоению. При этом не отменяется использование ассимилированных ПТС по направлению конверсии: для строительства объектов пониженной степени ответственности, создания комплексов рециклирования, в том числе по новому целевому назначению.

Таким образом, первый этап оценки определил предварительную возможность целевого освоения 82 % исследованных ПТС. При этом 11 объектов, находящихся на стадии диссипации, не обеспечивают возможности освоения ПТС без проведения дорогостоящих восстановительных работ. У большинства исчерпана ассимиляционная емкость геосреды, а срок их восстановления в естественных условиях превышает общую продолжительность строительно-хозяйственной деятельности, в результате которой они образовались, что указывает на необходимость проведения восстановительных работ с использованием агрегационных и конверсионных технологий.

Второй этап отбора ПТС в качестве потенциальных площадок создания комплексов рециклирования произведен с учетом типа позиционирования и иерархического уровня объектов. С учетом классификации ПТС по территориальному признаку и иерархическому уровню определены предпочтительные варианты целевого освоения ПТС.

По результатам второго этапа по конверсионному направлению могут осваиваться 29 из объекта исследования. В основном они представлены техногенными образованиями минеральной и органо-минеральной природы, а также карьерами добычи строительного сырья. Реконструкция применима для бездействующих и морально изношенных строительных объектов, а также для полигонной эксплуатации организованных свалок. Консервация распространяется на накопители, техногенные образования которых содержат ценные сырьевые компоненты, а также на объекты долгостроя, не потерявшие своей устойчивости и функциональных свойств.

Большая часть объектов, отобранных на втором этапе, потенциально пригодна для организации комплексов рециклирования. При этом требуется наличие свободных территорий для выделения дополнительных функциональных зон: управления, контроля, основного производства и др. Поэтому окончательное обоснование направления конверсии связано с ресурсным анализом освоения или выявлением свободных территорий в пределах ПТС, отобранных на втором этапе.

Для окончательной локализации места размещения комплексов рециклирования выполнен логистический анализ грузопотоков сырья и вторичных ресурсов с позиций транспортной доступности и минимального грузооборота. Основным критерием отбора на третьем этапе выступает предлагаемый в работе индекс ресурсообеспеченности:

где Vпотр – потребный объем материалов для освоения ПТС заданных мощностей техногенного образования Мто и нарушенной геосреды Мгс; kутил – коэффициент учета возможности использования утилизируемых фрагментов.

Если Iрес 1 – ПТС является акцептором, а при Iрес < 1 – донором рекультивационных материалов. Использование Iрес позволило выделить в многообразии ПТС объекты – доноры и акцепторы рекультивационных материалов.

Определение транспортной доступности комплексов выполнено на основе сетевой модели с учетом дорожной сети Самарской области.

В результате третьего этапа по признаку наличия свободных территорий 11 из объектов выделены в качестве потенциальных площадок организации комплексов рециклирования. Логистический анализ показал, что наиболее оптимальными для создания комплексов рециклирования выступают площадки буферного пруда ОАО «Куйбышевский НПЗ», полигона ПСО «Экология» (г. Тольятти), карьера суглинков (г. Новокуйбышевск), аварийного пролива углеводородов «Михайло-Кохановский» (г. Отрадный) и частично ассимилированных полей фильтрации пгт. Безенчук, Самарская область (см.

табл.3).

Таблица 3. Результаты оценки ПТС по наличию свободных территорий Данные площадки в силу генезиса формирования регионального промышленного кластера сопряжены с техногенными образованиями на основе коммунальностроительных отходов. Последние являются доминирующим источниками эмиссии токсикантов, обусловленных интенсивным разложением органики. Таким образом, перспектива размещения комплексов рециклирования предполагает оценку источников эмиссии как объектов трансформации техногенных образований органо-минеральной природы.

В четвертой главе выполнена оценка ПТС как объекта трансформации техногенного образования, что позволяет обосновать набор технологий управляемого восстановления. Под трансформацией понимается изменение размеров, формы, структуры и состава техногенных образований на стадиях жизненного цикла.

Распад органики сопровождается обводнением техногенных образований и последующей консолидацией за счет «схлопывания пор», самоуплотнения и обезвоживания. В конечном итоге биотрансформируемые техногенные образования приобретают стабильные свойства, ассимилируясь геологической средой.

Оценочным параметром способности техногенных образований к биоразложению выступает скорость и степень распада органического вещества. Оценку ПТС как объекта трансформации органики предлагается осуществлять структурно-матричным методом с последующей индикацией способности неоднородных фрагментов к биоразложению.

Структурно-матричная оценка основана на разработке матриц состояния и объемных моделей (рис.6). Матрицы описывают сложную структуру техногенного образования в виде «ячеек» с изменяющимися геомеханическими и биохимическими характеристиками. Объемные модели выявляют границы раздела базовых составляющих и прилегающих к ним ненарушенных территорий в зоне геоэкологического воздействия ПТС.

Результатом совместного анализа матриц состояния и объемных моделей с использованием МГК-метода выступают структурные профили ПТС. Именно они позволяют выделить в базовых составляющих фрагменты неоднородного состава и свойств: области с различной степенью распада органики, линзы обводненного грунта и отходов, неуплотненные участки, очаги «термогенеза» и др.

Используя общие закономерности трансформации органики, можно, в зависимости от ее исходного содержания, способности к разложению и возраста, прогнозировать продолжительность стабилизации ПТС и интенсифицировать этот процесс. При этом наличие выделенных неоднородностей обусловливает восстановление ПТС с использованием агрегационных и конверсионных технологий.

Четкая локализация неоднородностей с использованием общепринятых инженерноаналитических методов не представляется возможной. Поэтому для адекватной оценки структуры ПТС и разработки экологически обоснованного направления их восстановления в работе предложены два принципиальных подхода – хемометрический и кинетический.

Хемометрический подход (метод главных компонент) используется для оценки структуры ПТС, техногенные образования которых содержат как органические, так и минеральные компоненты. Кинетический подход, главным образом, применяется для оценки возраста и фрагментов в составе техногенных образований, сформированных биоразлагаемой органикой.

Предлагаемая оценка апробирована в условиях объектов, нарушенных размещением органо-минеральных отходов Самарской области (табл.4).

Таблица 4. Характеристика объектов исследования Площадь территории, м Мощность техногенного слоя, м Конфигурация деятельности, лет несанкционированная санкционированная полигон, отработансвалка, аварийный про- свалка, отвал грунта экс- ный карьер строймаТипы техногенного образования Состав объектов исследования поликомпонентен и обусловлен спецификой источников их генерации. В период проведения исследований (2003–2012 гг.) в различных фрагментах техногенных образований данных объектов был зафиксирован термогенез в диапазоне температур 30–70оС. Это также указывает на трансформацию техногенных образований. Учитывая сложность структуры и состава техногенных образований, индикации их способности к биоразложению предшествовала структурно-матричная оценка с получением цифровых матриц, структурных профилей и дифференцированием базовых составляющих на фрагменты, характеризующиеся минимальным изменением градиента значений характеристик. Проекции новых показателей в пространстве главных компонент графически интерпретируются в виде структурных профилей ПТС в составе объемных моделей (рис. 6). Анализ матриц состояния, объемных моделей и структурных про филей выявил наличие слоевых и «очаговых» фрагментов с неоднородными характеристиками вещества.

классифицировать и другие фрагменты с неоднородными геомеханическими характеристиками: плотностью, влажностью, пористостью, пластичностью, текучестью, а также Рисунок 6. Объемная модель В результате структурно-матричной оценки определены размеры выделенных фрагментов и намечены способы управляемого восстановления в составе агрегационных и конверсионных технологий. Кроме того, выделение подобных фрагментов сопряжено с определением их пригодности к использованию в качестве вторичных грунто-щебневых рекультивационных материалов. Оценка способности выделенных фрагментов к биоразложению выступает в качестве индикатора их стабильности путем определения степени распада органического вещества в лабораторных и естественных условиях. Продолжительность биоразложения определена опосредованно, с использованием зависимости степени распада органики от возраста образцов техногенных образований. Определение степени распада органики для образцов различного возраста сопряжено с необходимостью оценки кинетических констант биоразложения органики в лабораторных условиях.

В работе предложена имитационная модель разложения органики в техногенных образованиях на основе результатов биоразложения образцов в лабораторных условиях.

Она основана на известном положении об описании ферментативных реакций кинетическим уравнением первого порядка. При построении модели исходили из того, что в каждом образце, взятом из техногенного образования, присутствует m массовых частей органического вещества и n массовых частей неорганической части; в процессе биоразложения масса неорганической части остается неизменной, а масса органической изменяется по закону:

где m0 – это исходное, а m1 – конечное содержание органики; t – время биоразложения в лабораторных образцах. В эксперименте измеряется концентрация C = m / (m + n). С учетом уравнения (1), имеем где Ci = С(0) = m0 / (m0 + n) – начальная концентрация органики в извлеченном образце i, а Bi = С() = m1 / (m1 + n) – ее конечная концентрация i. Кинетическая константа k одинакова для всех образцов и является общей для разных техногенных образований.

Можно предположить, что скорость изменения концентрации органики A(t) в толще техногенного образования также можно представить в виде Здесь T – время нахождения образца в техногенном образовании или его возраст.

Константа скорости изменения концентрации органики в лабораторных образцах k много больше скорости разложения К в толще техногенного образования в естественных условиях. Однако можно предположить, что предельная концентрация Bi одинакова в уравнениях (2) и (3). Величина A0 является общей для всех образцов с одного объекта в начальный момент времени. Для оценки возраста i-ого образца целесообразно воспользоваться тем, что в момент Ti его изъятия A(Ti) = Ci и уравнение для оценки возраста Ti.

Пусть имеются два образца из одного объекта с возрастами T1 и T2. Из уравнения (5) следует, что Сделано допущение, что величина A0 является известной. При известном значении возраста образцов, взятых с глубины техногенного образования 1 метр (i = 1), для каждого объекта возможно оценить возраст остальных образцов. Для образца i эта оценка выражается через параметры A0, B1, C1, Bi, Ci.

Рассчитав возраст Ti, можно оценить и константу К. Из уравнения (5) имеем где Сi и Bi – начальные и конечные значения концентрации органики в каждом i-ом образце. Легко увидеть, что величина К не зависит от i, но зависит от того, с какого объекта был взят образец.

Чтобы вычислить величины, представленные в уравнениях (6) и (7), нужно предварительно оценить неизвестные параметры Ci, Bi и k. Для этого используются данные, полученные при лабораторном биоразложении, с помощью которых решаются соответствующие обратные задачи кинетики.

Оценка параметров модели осуществлялась методами нелинейного регрессионного анализа, реализованными в программе Fitter. Для построения общей оценки кинетического параметра k применялся метод последовательного байесовского оценивания (ПБО).

При решении обратной задачи для кинетики биоразложения сначала определены кинетические параметры k для каждого объекта отдельно. Затем, используя метод ПБО, нашли одну общую константу. Общая константа k = 0,041 ± 0,002 [сут –1] = (4,75 ± 0,23)10–7 [c–1] является приемлемой для моделирования каждого из рассматриваемых объектов. Это объясняется тем, что, независимо от того, с какого объекта и с какой глубины брался образец, его биоразложение проводилось в одинаковых условиях.

На рис.7 (а–в) показано, как приближаются данные, полученные с помощью модели (при использовании общей константы скорости разложения органического вещества).

Применяя формулу (7), можно найти оценки кинетических параметров K. В частности, для объектов исследования они равны:

– ПТС «Безенчукская» (I) K= (0,34 ± 0,02) [1/год] = (1,08 ± 0,06)10–8 [c–1];

– ПТС «Отрадненская» (II) K= (1,08 ± 0,06) [1/год] = (1,84 ± 0,10)10–8 [c–1];

– ПТС «Тольяттинская» (III) K= (0,86 ± 0,05) [1/год] = (2,73 ± 0,16)10–8 [c–1].

Полученные кинетические константы для разных типов ПТС различаются.

Содержание органического вещества, Содержание органического вещества, В отличие от константы k скорости лабораторного биоразложения, константа K учитывает строение и состав техногенных образований. По ее значениям можно судить о скорости биоразложения ПТС и стабилизации нарушенной геосистемы.

Начальное и конечное содержание органики в каждом образце является индивидуальным. Однако, исследуя процесс, в целом, было принято общее значение параметра A0.

Так же можно поступить и с параметром B. Расчет показывает, что среднее значение величин Bi для каждого объекта отличается незначительно: от 0,52 для II, до 0,57 для III.

Поэтому допустимо принять некоторое среднее конечное содержание органики для всех объектов B0 = 0,55. Теперь, полагая, что все Bi = B0, можно с помощью формулы 4 рассчитать среднее содержание органики в техногенном образовании ПТС для любого момента времени T. На рис.8 представлены данные лабораторных исследований по биоразложению образцов и их аппроксимация полученной кинетической моделью (формула 4).

Кроме того, полученная кинетическая модель позволяет интерпретировать экспериментальные данные для определения зависимости возраста отобранных образцов от глубины (см. рис.9). Совместный анализ рис.8 и рис.9 показал, адекватность кинетической модели для объектов с упорядоченной структурой (организованных свалок и полигонов). Объект (II) формировался неравномерно, и поэтому четкой зависимости «глубина – возраст»

здесь не наблюдается. На рисунке 8 отмечены два выпадающих образца (7 и 9) из объекта II. Они отличаются низким содержанием органики и большим рассчитанным возрастом. Аналогичные выбросы обнаружены на всех объектах исследования. Можно предположить, что эти образцы отличаются также по своему составу и свойствам. Для подтверждения данного предположения необходимо учитывать связи между содержанием органики, влажностью и плотностью в образцах. Подобный совместный учет свойств техногенных образований показал, что образцы 7 и 9 с объекта II отличаются по своим свойствам (влажность, плотность) от остальных образцов и их принадлежности к фрагментам минеральной природы. Кинетический подход позволил установить эмпирические зависимости скорости трансформации органики в толще техногенного образования, определить его возраст и потенциальную способность к биоразложению. Практическая реализация результатов оценки ПТС как объектов трансформации техногенных образований формирует предпосылки разработки базовых принципов управляемого восстановления.

При этом требуется определить необходимые направления производства рекультивационных работ вплоть до ассимиляции нарушенной территории.

В пятой главе предложены основы восстановительных работ с использованием базовых принципов и технологических подходов (см. рис.10).

Базовые принципы восстановления определяющие выбор технологии Доминирование техногенного образования Обеспечение подобия геомеханических и биохимических характеристик аналогичным параметрам состояния геосреды базовых составляющих определяющие направление освоения Учет специфики производственной, сырьевой и энергетической базы региона в условиях трансКластерный принцип портно-логической доступности и максимального использования местных рекультивационных Обеспечение подобия Оформление комплексов рециклирования ПТС в виде функциональных зон производства базовых составляющих вторичных рекультивационных материалов Технологические подходы к освоению Структурно-фазовый Воздействие на структуру химического состава. Воздействие на структуру - агрегация базовых составляющих;

Воздействие на состав Воздействие на состав Способ обращения с базовыми соВоздействие на ПТС ставляющими Обработка в массиве при условии подобия их структуры и состава Обработка с разделением базовых составляющих Учет ресурсного потенциала территорий Достаточность площадей территории под размещение комплексов рециклирования, а также Ресурс территорий Ресурс рекультивационных материалов направлены на изменение структуры направлены на изменение химического состава Направлены на долговременную базовых составляющих (обезвоживание, базовых составляющих (биодеструкция, консервацию техногенных образований, измельчение, уплотнение, консолидация) инокуляция, нейтрализация) содержащих ценные компоненты Рисунок 10. Блок-схема обоснования ведения восстановительных работ В зависимости от вида, структуры, состава базовых составляющих, стадий жизненного цикла ПТС все технологии восстановления классифицированы на агрегационные, конверсионные и изоляционные. Технологии могут применяться для различных типов ПТС. Однако учет иерархии и стадии жизненного цикла ПТС, а также кластерных особенностей региона позволяют выделять отдельные методы восстановления в качестве доминирующих.

Агрегационная технология геоконтейнерной обработки шламов Технология геоконтейнерной обработки (ГКО) направлена на агрегацию фрагментов техногенных образований влажностью более 75 %, сформированных буровыми шламами, обводненными грунтами, осадками водоподготовки и обработки сточных вод. Выбор технологии ГКО определен базовым принципом обеспечения подобия техногенных образований нарушенной геосреде за счет обезвоживания до влажности менее 50 %. При этом происходит консолидация техногенных образований шламовой природы с получением вторичных грунтоподобных рекультивационных материалов. Блок-схема агрегационной технологии ГКО представлена на рис.11.

Определение целесообразности содержание тяжелый металлов радиоактивность солесодержание специфические поллютанты технологической схемы обработки эффективности Обоснование использования Грунтозаменяющий материал ГКО осуществляется в полимерных геомембранных контейнерах односторонней проводимости. Пребывание шлама в геоконтейнере сопровождается его самоуплотнением с приобретением прочностных характеристик, удовлетворяющих требованиям грунтовых оснований. Структурно-фазовый технологический подход к восстановлению при использовании ГКО связан с воздействием на структуру шламов, без изменения их химического состава. Однако необходимость дальнейшего усиления прочностных свойств материала может обусловить воздействие и на химический состав шламов. В качестве компаундирующих добавок предложены золошлаки ТЭЦ, мелкодисперсные строительные отходы, доломитовая мука. Их введение в обезвоженный шлам также отвечает структурно-фазовому технологическому подходу с воздействием на химсостав.

Очевидным преимуществом ГКО выступает возможность ее использования для реконструкции бездействующих шламонакопителей и буровых амбаров. Технологический подход обращения с базовыми составляющими при этом обеспечивается их разделением с извлечением фрагментов повышенной влажности.

ГКО и последующее упрочнение шламов требует свободных территорий в периметральной полосе накопителей. Наличие таких территорий отвечает технологическому подходу максимального использования ресурсного потенциала.

Трансформацию шламовых техногенных образований предложено интерпретировать фильтрационной и геомеханической структурно-временными характеристиками (ФСВХ и ГСВХ). Их анализ позволил выделить три последовательно сменяемые стадии агрегации шлама: свободную фильтрацию (стадия I), стесненную фильтрацию (стадия II), а также пластификационно-консолидационную (стадия III) (см. рис.12). По окончании пластификационно-консолидационной стадии (III) шлам приобретает сродство с грунтоподобными рекультивационными материалами. Таким образом, каждому структурному состоянию шламов может соответствовать выделенное направление целевого использования: экранирование поверхности накопителей, выполаживание откосов, подъем гипсометрических отметок и создание искусственных оснований для строительства.

I II III

Рисунок 12. Типичные структурно-временные характеристики обработки (tср. = 22–25 °С, dч.ср. = 2,0 мм, Wисх. = 86–88 %масс., Wкон. = 64–66 %масс., Vпробы = 2 л), ЭW и Vф – эффект обезвоживания и эффективная скорость снижения влажности соответственно (%), Spw – сопротивление сдвигу (мПа), I, II, III – стадии агрегации шлама Агрегационная технология ГКО апробирована при ликвидации шламонакопителей ОАО «Куйбышевский НПЗ» и амбаров хранения буровых шламов общей площадью до 30 га. Очевидным достоинством агрегационных технологий по предлагаемой схеме выступает производство рекультивационных материалов, отвечающих требованиям технических условий на строительные грунты. В основу создания агрегационной технологии ГКО были положены кластерный принцип и принцип обеспечения подобия базовых составляющих.

В регионах с развитой нефтегазовой отраслью распространены ПТС, сформированные нефтезагрязненными грунтами, шламами чистки резервуарных парков, осадками и избыточными активными илами очистки нефтесодержащих сточных вод, шламами оборотного водоснабжения. Для их восстановления возможно применение конверсионных технологий биодеструкции углеводородов в смеси с порообразующими, инокулирующими, биогенными добавками и корректорами реакции среды на основе отходов местных производств. При этом нефтезагрязненные грунты экскавации котлованов выступили в качестве сырья для производства вторичных рекультивационных материалов. Шламы и избыточные активные илы – как добавки, сопутствующие процессу конверсии. Это согласуется с базовым кластерным принципом восстановления, а также технологическим подходом к максимальному использованию ресурсного потенциала ПТС. Применительно к конверсии нефтегрунтов способ обращения с базовыми составляющими возможен как без их разделения (при концентрации углеводородов до 5 % масс), так и с извлечением наиболее загрязненных фрагментов. Конверсия без разделения базовых составляющих реализована в технологии мезофильной биодеструкции пласта, непосредственно на участке пролива. Конверсия с отделением техногенного образования – в технологии термофильной обработки углеводородсодержащих отходов по штабельной и штабельнокавальерной схеме. При этом смеси на основе конвертируемых техногенных образований подвергались биообработке. Контроль разложения нефтепродуктов производился с использованием температурно-временной характеристики (см. рис.13).

Рисунок 13. Температурно-временные характеристики биодеструкции нефтезагязненных грунтов при I – фаза быстрого роста температур, Iа – первая переходная область; II – фаза высоких температур, IIа – вторая переходная Технологическая последовательность смены фаз биодеструкции определяет этапность конверсии техногенных образований в составе комплексов рециклирования. При этом каждый технологический этап обработки и функциональная зона в составе комплекса соответствуют выделенному этапу биодеструкции. Так, зона инокуляция соответствует фазе быстрого роста температур; интенсивная биотермическая обработка обеспечивается достижением фазы высоких температур; зона дозревания связана с фазой медленного падения температур. Биодеструкция с переносом материала в соответствующие функциональные зоны позволяет снизить продолжительность конверсии нефтегрунтов за счет сокращения областей перехода между температурными фазами и подавления антагонизма конкурирующих популяций микроорганизмов.

Конструктивное оформление функциональных зон биодеструкции с учетом этапов обезвреживания и режимов обработки запатентовано (Пат. 2450873 РФ) и внедрено в составе комплексов рециклирования нефтесодержащих грунтов и шламов.

В результате последовательного использования агрегационных и конверсионных технологий биотермической обработки был получен рекультивационный материал, имеющий геоэкологическое сродство с природными грунтами. Остаточная концентрация нефтепродуктов до 1000 мг/кг масс и отсутствие патогенной микрофлоры обеспечили возможность его использования для восстановления ПТС «Буферный пруд «ОАО Куйбышевский НПЗ».

Минимизация негативного воздействия на нарушенную геосреду достигается принципом подобия базовых составляющих и принципом конструктивно-технологического оформления технологий восстановления.

Отдельным типом ПТС выступают накопители жидких техногенных образований, структура которых до 90 % объема представлена водоэмульсионным слоем. Их ликвидация составляет основную величину затрат при восстановлении ПТС и требует использования очистных сооружений. Создание новых очистных сооружений затруднено отсутствием свободных территорий в границах накопителей. Альтернативой выступает использование существующих станций аэрации сточных вод, часть мощности которых была выведена из эксплуатации и законсервирована в 90-е гг. После соответствующей реконструкции резерв станций аэрации предложено использовать в качестве основы строительства комплексов восстановления ПТС.

Разработке технологии конверсии предшествовали многолетние исследования с оценкой слоевой и «очаговой» неоднородности, а также позиционирования в агломерациях встроенных и сопряженных ПТС. Результаты исследований реализованы в проектах реабилитации территории ПТС-4 «Новокуйбышевская» с использованием станций аэрации для переработки жидких техногенных образований котлованов ЗАО «ННК». Котлованы являются сопряженной ПТС-2 в агломерации ПТС-4 «Новокуйбышевская» на стадии диссипации жизненного цикла.

Методологический подход к оценке жидких техногенных образований как объекта трансформации позволил выделить в объеме котлованов неоднородные по структуре и составу фрагменты и назначить для каждого из них свою технологию обработки. Обобщенные результаты анализа слоевых элементов накопителей представлены на рис.14.

Фрагменты с содержанием воды более 80 % (водоэмульсионный слой) подлежит извлечению с транспортировкой на станции аэрации с последующей биохимической очисткой. Фрагменты с содержанием воды до 50–80 % (осадок, флотошлам) предполагают частичное обезвоживание на месте с последующей конверсионной технологией слоевой биодеструкции. Фрагменты с содержанием воды менее 50 % (загрязненная геосреда) обрабатываются непосредственно в накопителе без извлечения из выемки. Это согласуется с технологическим подходом обращения с базовыми составляющими как при их разделении с извлечением фрагментов, так и путем обработки в массиве.

Гетерогенная структура накопителя, а также наличие в его составе специфических органических веществ позволили сделать предположение о возможности использования Рисунок 14. Объемная модель и цифровые матрицы состояния процентного содержания нефтепродуктов и дифференцированных для конверсии водоэмульсионного слоя совместной биологической деструкции загрязнений высоконцентрированных стоков накопителей и станций аэрации.

Лабораторные и опытно-промышленные исследования совместной конверсии техногенного образования и стоков станций аэрации проводились на комбинированном биореакторе ячеистой структуры.

При этом сродство техногенных образований накопителя и стоков станций аэрации согласуется с принципом обеспечения подобия базовых составляющих.

Для обработки водоэмульсионного слоя в схему станции аэрации было предложено ввести дополнительные технологические блоки очистки, обработки донных шламов и загрязненной токсикантами геосреды. Конструктивное оформление блоков обработки слоевых элементов предложено выполнять на базе бездействующих сооружений станции аэрации с увязкой в единый технологический узел. Сооружения бывших секций аэротенков, ранее предназначенных для биологической очистки, предлагается реконструировать в комбинированные биореакторы с иммобилизованной микрофлорой. Конструктивнотехнологическое исполнение сооружений, включая элементы загрузки с иммобилизованной микрофлорой, запатентовано при участии автора (Патент 85472 РФ). Очевидным достоинством предложенного конструктивного оформления загрузки является модульность и возможность его использования на базе существующих емкостных сооружений станций аэрации. Выполнен проект реконструкции бездействующих аэротенков в биореакторы с ликвидацией накопителей объемом 37 тыс. м3 площадью более 6,0 га.

Конверсионная технология инокуляции массивов Примером конверсионной технологии восстановления ПТС выступает инокуляция полигонов ТКО микробиологическими добавками, содержащими стартовые дозы редуцирующей микрофлоры. При этом появляется возможность ускорить разложение органики и консолидировать техногенное образование без производства трудоемкой экскавации. Таким образом, инокуляция рассматривается в качестве метода обработки техногенных образований стартовыми дозами редуцирующих микроорганизмов без разделения базовых составляющих. При инокуляции имеет место комбинированное воздействие как на структуру, так и на химический состав ПТС.

В качестве инокулирующих добавок предложено использовать жидкие осадки первичных отстойников, избыточные активные илы аэротенков, а также отдельные виды агропромышленных отходов. Способ нагнетания с последующей аэрацией массива был разработан (Заявка №2011117255/13 РФ) и апробирован в условиях полигонов коммунально-строительных отходов ПТС «Тольяттинская».

Разработке технологии инокуляции предшествовала структурно-матричная оценка свалочных тел и индикация их способности к биоразложению. Анализ профилей позволил выделить в теле полигона следующие зоны неоднородного содержания органики, степени ее распада, плотности, пористости, водонасыщения и доступности кислорода:

– аэробную – в диапазоне глубин 0–3 м. Для нее характерны термогенез, доступ кислорода с поверхности, большие концентрации компостной микрофлоры;

– анаэробную – ниже 6 м, в которой отсутствует интенсивный термогенез из-за высокой влажности и плотности отходов;

– переходную (3–6 м от поверхности), в которой режим перехода от аэробных к анаэробным условиям квазистационарен из-за неравномерного (во времени и пространстве) поступления кислорода и осадков с поверхности.

Зонирование полигона, выполненное с использованием объемной модели и структурного профиля, позволило обосновать эффективное расстояние между скважинами и их количество, а также глубины подачи инокулирующих добавок и режим аэрации.

Исследования по конверсионной технологии инокуляции проводились на опытной площадке полигона твердых коммунальных и строительных отходов г. Тольятти. План расположения опытной площадки и расчетная схема нагнетания представлены на рис.15.

Рисунок 15. План расположения опытной площадки с точками отбора проб:

а) расчетная схема скважин с гидравлическими элементами нагнетания; б) Rс – радиус скважины, м;

h – глубина обрабатываемого пласта, м; Rk – радиус контура насыщения, м Кривая 1 характеризует изменение давления в теле полигона в зависимости от расстояния до скважины 1, кривая 2 – в зависимости от расстояния от скважины 2. Точка B соответствует давлению в середине интервала, создаваемому потоком осадков от скважин 1 и 2.

По принципу суперпозиции полей суммарное давление в середине интервала будет равно удвоенному значению давления в точке B и соответствовать точке С. Кривая изображает результат суперпозиции давления, создаваемого двумя скважинами. Расчетное время нагнетания ОСВ с учетом исходных геомеханических характеристик техногенного образования представлено в табл.5.

Таблица 5. Характеристики процесса нагнетания ОСВ Анаэробная Переходная Результаты исследования показывают, что использование аэробной и переходной зон для нагнетания ОСВ является наиболее рациональным и сопровождается трансформацией свалочного грунта с формированием конгломератов сбалансированного состава и свойств (табл.6). Разработка хемометрических моделей с выделением различных зон позволила оценить способность крупнотоннажных насыпных массивов свалочного грунта обрабатывать ОСВ и наметить пути ускорения минерализации их органического вещества. Так, для фрагментов переходной зоны рекомендуется периодическая продувка массива после нагнетания ОСВ с инициированием локальных аэробных условий.

Таблица 6. Сводные показатели конгломератов на основе ТБО и ОСВ Анаэробная Переходная Аэробная Для защиты инициированных аэробных зон в период продувки и интенсивной минерализации от дополнительного поступления поверхностного стока и, как следствие, кольматажа порового пространства, рекомендуется локальная изоляция поверхности специальным покрытием односторонней проводимости (Пат. 2318619 РФ).

Предварительный технико-экономический расчет показывает, что крупный городской полигон ТБО вместимостью в пределах от 500 до 50000 тыс. м3 может принимать и перерабатывать 80–120 тыс. м3 осадков хозяйственно-бытовых сточных вод. Результаты исследований позволили разработать регламент и аппаратурно-технологическое оформление обработки осадков сточных вод в условиях крупнотоннажного массива твердых коммунальных отходов, что обеспечивает техническую возможность конверсии органики и переводу техногенного образования из агрегационной в консолидационную фазу агломерации.

И агрегационные, и конверсионные технологии управляемого воздействия на техногенные образования отвечают кластерному принципу восстановления и могут быть использованы при создании комплексов рециклирования ПТС.

В шестой главе разработаны решения по целевому освоению нарушенных ПТС путем создания комплексов рециклирования. При создании комплексов были использованы ресурсный и структурно-фазовый технологические подходы.

Анализ промышленного кластера Самарской области выявил ресурсообеспеченность около 30 % ПТС как доноров рекультивационных материалов. К ним относятся накопители органо-минеральных отходов, а также отработанные карьеры и площадки объектного демонтажа. На основании структурно-фазового подхода комплексы рециклирования разделены на объекты агрегации, конверсии, а также комбинированные объекты.

Их оформление основано на конструктивно-компоновочном базовом принципе с выделением основных и вспомогательных функциональных зон обезвреживания базовых составляющих и производства вторичных рекультивационных материалов. К основным зонам отнесены участки обработки базовых оставляющих методами агрегации и конверсии. Вспомогательные технологические зоны охватывают входной контроль, логистику, обезвреживание вторичных загрязнений и управление производством.

Апробация принципов и технологических подходов к целевому освоению ПТС выполнена для следующих объектов при непосредственном участии автора и охватывает – комплекса агрегации шламов ТЭЦ;

– комплекса конверсии нефтезагрязненных материалов;

– комплекса рециклирования буферного пруда.

Эксплуатация крупных ТЭЦ сопровождается формированием шламонакопителей, классифицированных как ПТС 1 и 2 иерархических уровней. Примером выступает действующий шламонакопитель водооборотного блока ОАО «Куйбышевский НПЗ», мощностью 700 тыс. м3. Значительная мощность техногенного образования позволяет рассматривать его как источник вторичного сырья для получения грунтоподобных материалов и реагентов. Высокая влажность шламов (99,0–99,5 %) ограничивает возможность их непосредственной утилизации и предполагает обезвоживание. Перспективной с позиций простоты оформления и энерго-экологической эффективности выступает ГКО шламов как доминирующий тип агрегационной технологии в составе комплекса рециклирования.

Разработке комплекса агрегации шламов ТЭЦ на базе шламонакопителя предшествовала оценка ПТС, как территориальной единицы освоения и как объекта трансформации шламов с созданием объемной модели и структурных профилей. В составе комплекса выделены функциональные зоны: подготовки, обезвоживания, компаундирования, хранения и отгрузки рекультивационного материала, а также обработки фильтрационного стока (см. рис.16).

Рисунок 16. Компоновочный план комплекса агрегации с использованием I – зона входного контроля и подготовки шлама; II – зона ГКО; III – зона компаундирования;

IV - зона хранения и отгрузки рекультивационного материала (логистики грузопотоков); V – зона обработки 1 – участок временного размещения шлама; 2 – реагентное хозяйство; 3 – насос; 4.1 – геоконтейнер в стадии свободной фильтрации; 4.2 – геоконтейнер в стадии стесненной фильтрации; 4.3 – геоконтейнер в стадии консолидации;

4.4 – геоконтейнер в процессе выгрузки обезвоженного шлама; 5 – пец.техника; 6 – штабели компаундирования;

В зоне подготовки шлама производится кондиционирование шлама золошлаковыми отходами ТЭЦ для улучшения водоотдачи. Последующее уплотнение шлама способствует снижению его объема в 10–15 раз по сравнению с исходным количеством.

Обезвоживание шламов в геотекстильных контейнерах в течение 1–2 месяцев позволяет получить грунтоподобный материал, сопоставимый с кеком, полученным в результате механического обезвоживания на фильтр-прессах до влажности 60–65 %. Из зоны ГКО шлам направляется в зону штабельного компаундирования для дополнительного обезвоживания в естественных условиях до влажности 50–55 % и смешения с упрочняющими добавками в объемных соотношениях 1:0,1 –1:0,3. В результате шлам приобретает свойства грунтоподобного композита (см. табл.7).

Таблица 7. Свойства грунтовых композитов на основе обезвоженных шламов водоподготовки Плотность частиц грунта (удельный (влагонасыщение), д.ед.

Влажность на верхнем пределе пластичности, д. ед.

Влажность на нижнем пределе пластичности, д. ед.

Из табл.7 видно, что характеристики композитов, в основном, симбиотичны природным грунтам и пригодны к использованию в качестве грунтоподобных рекультивационных материалов. Организация подобных комплексов возможна как на свободных территориях, так и в стесненных условиях действующих предприятий и объектов природоохранного назначения, таких как буферные пруды, буровые амбары, иловые площадки, хвостохранилища. Комплекс агрегации шламов запроектирован при участии автора на территории реконструируемого шламонакопителя ТЭЦ ОАО «Куйбышевский НПЗ».

Проект получил положительные заключения экспертных организаций и обеспечил техническую возможность производства грунтоподобных материалов непосредственно в границах их генерации для последующего использования. Экономический эффект от реализации комплекса составляет 253,0 млн руб. и достигается за счет использования низкозатратной геоконтейнерной обработки шламов, сокращения затрат на приобретение и доставку природных грунтов, предотвращения экологического ущерба от размещения отходов в геосреде, ликвидации затрат на содержание шламонакопителя как гидротехнического сооружения.

Комплекс конверсии нефтезагрязненных грунтов Механизированный комплекс штабельно-кавальерной биоконверсии нефтегрунтов и углеводородсодержащих шламов позиционирован в границах горного отвода МихайлоКохановского месторождения Самарской области на территории ПТС второго иерархического уровня, сформированной аварийным проливом нефти. Участок пролива – сопряженный в границах агломерации ПТС-4 «Отрадненская».

Конверсионное направление освоения обусловлено отнесением восстанавливаемой ПТС к консолидационной фазе агломерационной стадии жизненного цикла. В границах площадки имеются свободные земельные участки и обеспечена транспортнологистическая доступность грузопотоков сырья и рекультивационных материалов.

Разработке комплекса предшествовали исследования по биодеструкции углеводородсодержащих грунтов (Пат. 2450873 РФ). Выделение функциональных зон комплекса проведено с учетом последовательности смены температурных фаз биотермической обработки, а также вспомогательных процессов и операций. В составе комплекса выделены основные технологические зоны: штабельной инокуляции, аэробной биодеструкции, а также дозревания и отгрузки.

При проектировании и строительстве комплекса основные показатели, характеристика технологических процессов и оборудования приняты на основании результатов исследований, представленных в пятой главе, а также многолетнего опыта штабельного компостирования нефтезагрязненных отходов.Проектная производительность комплекса составляет 10000 т/год по исходному сырью. Эксплуатация комплекса осуществляется круглогодично. Общая продолжительность биодеструкции составляет от 2 до 6 месяцев.

В 2010 г. при участии автора запроектирован и введен в эксплуатацию комплекс конверсии нефтезагрязненных грунтов для НК «Роснефть». Общий вид запроектированного и построенного при участии автора комплекса представлен на рис.17. За период эксплуатации на комплексе обезврежено 22 тыс. м3 нефтезагрязненных грунтов с получением грунтоподобных рекультивационных материалов. Реальный экономический эффект от эксплуатации комплекса, полученный за счет сокращения экологических платежей и возврата восстановленных нефтегрунтов в хозяйственное использование, достигает 22,2 млн руб.

Рисунок 17. Компоновочный план и общий вид комплекса конверсии 1 – административно-бытовая зона; 2 – зона первичного накопления, 2.1 – площадка складирования нефтеотходов, 2. – площадка складирования биодобавок, 2.3 – участок очистки колес и ковшей; 3 – зона штабельной инокуляции; 4 – зона аэробной биодеструкции, 4.1 – высоконагружаемый аэрируемый кавальер; 5 –зона дозревания и отгрузки, 5.1 – кавальер дозревания и хранения продукта; 6 – зона очистки и накопления поверхностных стоков, 6.1 – резервуаротстойник, 6.2 – пруд-накопитель; 7 – грейфер Комбинирование агрегационных и ассимиляционных технологий реализовано при создании комплекса рециклирования буферного пруда «ОАО Куйбышевский НПЗ» в границах агломерации ПТС «Куйбышевская». Его территория классифицирована как встроенная ПТС 2 уровня на агрегационной фазе агломерационной стадии жизненного цикла.

Функционально буферный пруд используется для приема сточных вод при нарушении работы очистных сооружений предприятия нефтепереработки и эксплуатируется с 1954 г. По результатам комплексной оценки буферного пруда как объекта трансформации его техногенное образование имеет неоднородную структуру в составе слоевых элементов: верхнего флотошлама, среднего водоэмульсионного слоя и донного шлама. Мощность нарушенной углеводородами геосреды сопоставима с вместимостью объекта.

К началу 2000-х гг. с появлением на заводе современных очистных сооружений было принято решение о ликвидации бездействующей части пруда с освоением территории. Ликвидация пруда предусмотрена сочетанием технологий биореакторной обработки, совместного центробежного и геоконтейнерного обезвоживания шламов с их последующей биодеструкцией. Также предусмотрена изоляция поверхности геосреды после извлечения и переработки техногенных образований.

На подготовленной выемке пруда, а также части прилегающих к нему участков запроектирован комплекс рециклирования буферного пруда составе функциональных зон (см.

рис.18). В границах функциональных зон использованы агрегационные и конверсионные технологии восстановления, а также их комбинирование. Так, агрегационные технологии реализованы в функциональных зонах III и IV для центробежного и геоконтейнерного обезвоживания донного шлама и водоэмульсионного слоя. После агрегации кек используется в качестве корректора среды, а также инокулирующей добавки в технологии биоконверсии (зона V). Конверсионные технологии использованы в технологической зоне V в составе участков инокуляции, штабельной термофильной биодеструкции и дозревания.

Агрегационная технология измельчения и сортировки отходов демонтажа бездействующих строительных объектов ОАО «Куйбышевский НПЗ» реализована в функциональной зоне VI. При этом агрегационные технологии подготовки отходов демонтажа во вторичный щебень могут производиться как непосредственно на производственной площадке предприятия, так и на специализированных комплексах в границах восстанавливаемых ПТС. Это согласуется с технологическим подходом восстановления – «Максимального использования ресурсного потенциала».

Полученный рекультивационный материал удовлетворяет требованиям ГОСТ 25137–82 и рекомендован к использованию при формировании отсекающих технологических дамб, а также в послойном заполнении выемки буферного пруда, наряду с биоструктурированными нефтесодержащими грунтами и шламами после геоконтейнерной обработки. Общий объем обезвреженных отходов при подготовке ПТС «Буферный пруд»

к последующему целевому освоению составляет 450 тыс. м3.

Базовые принципы и технологические подходы, положенные в основу создания комбинированного комплекса, использованы в проектной документации «ОЗХ НПЗ. Буферный пруд. Реконструкция» и соответствуют общим требованиям природоохранного и градостроительного законодательства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена новая методология оценки состояния ПТС на основе бинарного подхода: как к территориальным единицам геосреды в региональных промышленных кластерах и как к объектам трансформации техногенных образований:

– оценка ПТС как территориальных единиц геосреды путем взаимного позиционирования объектов в агломерациях, а также анализа ресурсных возможностей промышленного кластера региона позволяет наметить направления целевого освоения ПТС;

– оценка ПТС как объектов трансформации техногенных образований, с дифференцированием на базовые составляющие, отнесением к стадии жизненного цикла, выделением фрагментов неоднородной структуры и состава и индикацией способности к биоразложению, позволяет разработать технологии управляемого восстановления ПТС.

На основе результатов предложенной методологии оценки ПТС как бинарной системы возможна разработка научно обоснованных технологий управляемого восстановления с минимальным воздействием на природную среду.

2. Оценку состояния ПТС как бинарной системы предложено проводить с использованием комбинации параметрических групп: структурно-геометрических, хронологических, геоэкологических, геомеханических и биохимических. Использование данных групп характеристик позволяет оценить состояние нарушенных ПТС на выделенных стадиях жизненного цикла, установить соответствие направления освоения территории выделенной стадии и предложить технологии управляемого восстановления с минимальными геоэкологическими и финансовыми издержками.

3. Технологии восстановления и целевое освоение нарушенных территорий определяются стадиями жизненного цикла ПТС: «диссипацией», «агломерацией» и «ассимиляцией», с учетом базовых принципов «доминирования техногенного образования», «обеспечение условий природного подобия базовых составляющих», «кластерного» и «конструктивно-компоновочного».

4. Разработаны новые методы управляемого воздействия на ПТС в составе агрегационных и конверсионных технологий: геоконтейнерной обработки шламов, биообработки углеводородсодержащих техногенных образований, обработки жидких техногенных образований накопителей с использованием станций аэрации и инокуляции массивов твердых коммунальных отходов. Показана возможность практического использования данных технологий в составе комплексов рециклирования.

5. Использование результатов диссертационного исследования только на территории Самарской области позволило восстановить для целевого освоения около 200 га нарушенных территорий с применением более 50 тыс. т рекультивационных материалов техногенного происхождения.

6. Полученные результаты выступают в качестве системного решения проблемы обеспечения экологической безопасности Самарской области, соответствуют направлению развития кластерной политики региона Среднего Поволжья и рекомендуются к внедрению при проектировании и восстановлении нарушенных земель в других субъектах Российской Федерации, а также к использованию в учебном процессе Самарского государственного технического университета.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Тупицына, О. В. Единый полигон для размещения отходов [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Н. Н.

Ендураева, Д. Е. Быков // Экология и промышленность России. – 2002. – № 9. – С. 4–9.

2. Тупицына, О. В. Рекультивация отработанных карьеров [Текст] / О. В. Тупицына, Д. Е. Быков, К. Л. Чертес, Н. Н.

Ендураева // Экология и промышленность России. – 2002. – № 11. – С. 18–22.

3. Тупицына, О. В. Размещение осадков сточных вод в толще полигона ТБО [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Е. В. Михайлов, А. М. Штеренберг, М. В. Назаров, Д. Е. Быков // Экология и промышленность России. – 2009. – № 4. Тупицына, О. В. Очистка сточных вод накопителей нефтехимических отходов [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Д. Е. Быков [и др.] // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2009. – № 5. Тупицына, О. В. Интенсивная биотермическая обработка шламовых отходов нефтяного комплекса [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Д. Е. Быков [и др.] // Экология и промышленность России. – 6. Тупицына, О. В. Обработка водоэмульсионного слоя накопителей нефтехимических отходов в условиях действующих станций аэрации [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, О. А. Самарина [и др.] // Экология и промышленность России. – 2010. – № 4. – С. 24–27.

7. Тупицына, О. В. Использование осадков сточных вод в качестве биопрепарата для ускорения компостирования ТБО [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Д. Е. Быков [и др.] // Экология и промышленность России. – 2011. – № 2. – С. 16–18.

8. Тупицына, О. В. Реабилитация территорий, деградированных в результате деятельности опасных производств [Текст] / О. В. Тупицына, Н. Г. Гладышев, М. С. Кузнецова [и др.] // Экология и промышленность России. – 2011. – № 3. – С. 30–32.

9. Тупицына, О. В. Комплекс биодеструкции нефтеотходов [Текст] / О. В. Тупицына, Н. Г. Гладышев, Д. В. Зеленцов [и др.] // Экология и промышленность России. – 2011. – № 3. – С. 33–34.

10. Тупицына, О. В. Комплексная геоэкологическая система исследования и восстановления техногенно нарушенных территорий [Текст] / О. В. Тупицына // Экология и промышленность России. – 2011. – № 3.

11. Тупицына, О. В. Геоэкологическая система и технологии ликвидации накопителей нефтеотходов с использованием станций аэрации [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, О. А. Самарина [и др.] // Экология и промышленность России. – 2011. – № 3. – С. 39–41.

12. Тупицына, О. В. Ликвидации накопителей отходов нефтегазового комплекса с использованием станций аэрации [Электронный ресурс] / О. В. Тупицына, О. А. Самарина, М. И. Бальзанников, С. Ю. Андреев, К. Л. Чертес // Нефтегазовое дело: электронный журнал. – 2012. – № 4. – С. 223–230. – Режим доступа :

http://www.ogbus.ru/authors/Tupitsyna/Tupitsyna_1.pdf.

13. Тупицына, О. В. Критериальная оценка состояния нарушенных геосистем [Электронный ресурс] / О. В.

Тупицына, В. Г. Камбург, К. Л. Чертес, Д. Е. Быков // Нефтегазовое дело: электронный журнал. – 2012. – № 4. – С. 231–241. – Режим доступа : http://www.ogbus.ru/authors/Tupitsyna/Tupitsyna_2.pdf.

14. Тупицына, О. В. Технология переработки нефтешламов [Текст] / О. В. Тупицына, В. Д. Назаров, М. В.

Назаров, И. Р. Галинуров [и др.] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2013. – № 6.

15. Тупицына, О.В. Комплексная система обработки и утилизации буровых шламов при помощи фильтрующих оболочек [Текст] / О. В. Тупицына, Н.А. Сафонова, К.Л. Чертес К.Л. [и др.] // Экология и промышленность России. – 2013. – № 7. – С. 11–17.

16. Тупицына, О. В. Рекультивация массивов органо-минеральных отходов [Текст] : монография / О. В.

Тупицына, Д. Е. Быков, К. Л. Чертес. – Самара : Самарск. гос. тех. ун-т, 2007. – 118 с.

17. Тупицына, О. В. Обработка высококонцентрированных сточных вод накопителей углеводородсодержащих отходов [Текст] : монография / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, О. А. Самарина. – Самара : Самарск. гос. тех. ун-т, 2011. – 149 с.

18. Тупицына, О. В. Восстановление техногенно-нарушенных территорий [Текст]: монография / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес. – Самара : Самарск. гос. тех. ун-т, 2011. – 177 с.

19. Тупицына, О. В. Обработка осадков нефтесодержащих сточных вод [Текст] : монография / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Д. В. Зеленцов, Б. М. Гришин, С. Ю. Андреев. – Самара : Самарск. гос. тех. ун-т, 20. Тупицына, О.В. Обработка осадков буровых сточных вод [Текст] : монография / О. В. Тупицына, Н.А.Сафонова, Б. М. Гришин, С. Ю. Андреев, А.А.Ярыгина, К.Л.Чертес. – Самара: ООО "Изд-во АсГард", 2014. – 130 с.

21. Пат. 2249580 Российская Федерация, МПК C 05 F 3/00. Способ обработки и утилизации органосодержащих отходов [Текст] / Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е., Седогин М. П., Ендураева Н. Н., Радомский В. М. ;

заявители и патентообладатели Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е., Седогин М. П., Ендураева Н. Н., Радомский В. М. – № 2003101872/12 ; заявл. 23.01.2003 ; опубл. 10.04.2005.

22. Пат. 2318619 Российская Федерация, МПК B 09 B 1/00. Способ образования покрытий на накопителях отходов [Текст] / Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е., Радомский В. М., Колесников А. Г., Михайлов Е. В. ; заявитель и патентообладатель Самарский государственный технический университет.

– № 2006124064/03 ; заявл. 04.07.06 ; опубл. 10.03.08.

23. Свидетельство на полезную модель 85472 Российская Федерация, МПК C 02 F 3/00; C 02 F 3/02.

Реактор доочистки сточных вод [Текст] / Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е., Радомский В. М., Самарина О. А. ; заявитель и патентообладатель Самарский государственный технический университет.

– № 2009100352/22 ; заявл. 11.01.09 ; опубл. 10.08.09.

24. Пат. 2450873 Российская Федерация, МПК B 09 C 1/10. Способ переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов [Текст] / Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Самарский государственный технический университет. – № 2010134446/05 ; заявл. 17.08.10 ;

опубл. 20.05.12.

25. Пат. 2487767 Российская Федерация, МПК B 09 В 3/00. Способ утилизации твердых бытовых отходов и устройство для его осуществления [Текст] / Тупицына О. В., Чертес К. Л., Быков Д. Е. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Самарский государственный технический университет. – № 2011117255/13 ;

заявл. 28.04.11 ; опубл. 20.07.13.

26. Тупицына, О. В. Концепция формирования единого полигона захоронения твердых бытовых и сельхозотходов малого населенного пункта [Текст] / О. В. Тупицына, Д. Е. Быков, К. Л. Чертес // «Экология и безопасность жизнедеятельности» : сб. матер. Международной научно-практической конференции. – Пенза, 2002. – С. 139–140.

27. Тупицына, О. В. Изучение конверсии компонентов твердых бытовых отходов в процессе их захоронения [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Д. Е. Быков // «Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов» : труды II Всероссийской научно-практической конференции. – Самара, 2003. – С. 95–98.

28. Тупицына, О. В. Система управления размещением отходов в сельских населенных пунктах крупного агропромышленного региона [Текст] / О. В. Тупицына, К. Л. Чертес, Н. Н. Ендураева // «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» : труды V Международной научно-практической конференции. – СПб. : СПбГПУ, 2003. – С. 263–264.