Описуються методи очищення стічних вод. Проводиться аналіз споруд біологічного очищення і порівняння їх з іншими спорудами очистки. Пропонується нова технологія зневоднення суспензій в геотубах, яка дозволяє наблизитися до адекватного вирішення означеної у статті еколого-економічної проблеми.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Меркулова Тетяна Миколаївна, Кравченко Олександр Сергійович


PROBLEMS OF TREATMENT OF WATER BODIES FROM POLLUTION TECHNOGENIC

The article describes methods for wastewater treatment. The analysis of biological treatment facilities and their comparison with other water treatment plants. We propose a new technology in drying suspensions geotubah, which gets you closer to an adequate solution outlined in the article, environmental and economic problems.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва діє до: 2012
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Проблеми очищення водних об'єктів від техногенних забруднень '

    Текст наукової роботи на тему «Проблеми очищення водних об'єктів від техногенних забруднень»

    ?ПРОБЛЕМИ ЕКОЛОГІЇ

    УДК 628.35: 502.171

    ПРОБЛЕМИ ОЧИСТКИ ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ ВІД ТЕХНОГЕННИХ ЗАБРУДНЕНЬ

    © 2012 р Т.Н. Меркулова, А.С. Кравченко

    Новочеркаська державна Novocherkassk State

    меліоративна академія Meliorative Academy

    Описуються методи очищення стічних вод. Проводиться аналіз споруд біологічного очищення і порівняння їх з іншими спорудами очистки. Пропонується нова технологія зневоднення суспензій в геотубах, яка дозволяє наблизитися до адекватного вирішення означеної у статті еколого-економічної проблеми.

    Ключові слова: відходи; замулення; споруди механічної та біологічної очистки; стічні води; якість води; зневоднення; геотекстиль.

    The article describes methods for wastewater treatment. The analysis of biological treatment facilities and their comparison with other water treatment plants. We propose a new technology in drying suspensions geo-tubah, which gets you closer to an adequate solution outlined in the article, environmental and economic problems.

    Keywords: waste; siltation; construction of mechanical and biological treatment; waste water; water quality; drainage; geotextiles.

    В даний час значна частина всього населення світу проживає в містах. За оцінками демографів ООН, до початку XXI ст. міське населення зрівнялася з чисельністю з сільським. У Росії при загальній чисельності населення близько 150 млн осіб в містах проживає 109 млн, або 74% всього населення [1, 2].

    Збільшення чисельності міських поселень, зростання і розвиток міст є потужним екологічним фактором, що супроводжується перетворенням ландшафту, земельних і водних ресурсів, масовим виробництвом відходів, що надходять в атмосферу, водні та наземні екосистеми. Розвиток міського середовища поставило перед людиною ряд екологічних проблем, серед яких найбільш гострими є вразливість міських систем, міграція і концентрація населення, низька якість середовища проживання, втрата родючих земель, видалення відходів.

    Зростання міст є об'єктивний і незворотний процес, обумовлений потребами суспільства, виробництва, характером суспільного ладу. Однак зростання міського населення, особливо в останні десятиліття, виявився настільки стрімким, що навколишнє середовище багатьох міст світу вже не в змозі задовольнити багато біологічні та соціальні потреби сучасної людини. Велике місто змінює майже всі компоненти природного середовища - атмосферу, рослинність, грунт, рельєф, гідрографічну мережу, підземні води, ґрунти і навіть клімат [2].

    У XX ст., Як ніколи, бурхливо розвивалися продуктивні сили. Обсяги промислового виробництва збільшилися в сотні і тисячі разів, споживання енергії зросло більш ніж в 1000 разів, швидкість пересування - в 400 разів, швидкість передачі інформації - в мільйони разів і т.д. І це, звичайно, не обходиться без негативних наслідків для природи, оскільки основні матеріальні ресурси черпаються із земних надр. Крім того, споживаючи надзвичайно великий обсяг природних ресурсів, сучасне місто дає велику кількість відходів. Наприклад, місто з мільйонним населенням щорічно викидає в атмосферу близько 11 млн т водяної пари, 2 млн т пилу, 1,5 млн т діоксиду вуглецю, 0,25 млн т сірчистого ангідриду, 0,3 млн т оксидів азоту і виробляє надзвичайно багато промислових і побутових відходів. Чим більше місто, тим більше людина віддаляється від живої природи, тим складніше вирішується породжена ним екологічна проблема.

    Значення прісної води як природного сировини постійно зростає. При застосуванні в побуті і промисловості вода забруднюється речовинами мінерального і органічного походження. Таку воду прийнято називати стічної [2, 3].

    Особливу тривогу викликає стан малих річок -саме вони є основним об'єктом водокористування в Центрі Росії, на їх берегах проживає більшість сільського та частина міського населення. Малі річки в першу чергу реагують на зміну ландшафтної ситуації на водозборах і в той же

    час визначають гідроекологічна ситуацію більших територій, забезпечуючи зв'язок з підземними водами, гарантоване водоспоживання, якість водних ресурсів. Саме тому проведення заходів щодо вдосконалення постачання населення чистою водою повинно починатися з басейнів малих річок, число яких (особливо в лісостепових і степових районах) неухильно знижується.

    За останні 100 років на Середньоросійськоївисочини зникло до 20% малих річок. Очевидно, що оздоровлення верхніх ланок річкових систем як найтісніше пов'язані з оптимізацією господарської діяльності на водозборах малих річок [2].

    Більшість забруднюючих речовин техногенного походження, в кінцевому рахунку, осідає на дні водойми, формуючи донні відкладення, мінеральні, органо або органічні мули: токсичні, санітарно-небезпечні або просто мляві, що виключають існування аборигенного біотопу. У свою чергу, техногенний мул служить безперебійним джерелом забруднення води навіть тоді, коли зовнішнє негативний вплив припинилося багато років назад.

    У XXI ст. донні відкладення - річковий мул і озерний сапропель - як і раніше можуть бути джерелом родючості грунтів. У той же час в місцях щільного проживання населення вони, як правило, виступають в якості довгострокового поллютанта поверхневих вод і непереборною перешкодою для бентосу. Очевидно, що видалення техногенних донних відкладень з водойм затребуване людиною, також як і видобуток екологічно чистого сапропелю на добриво.

    Зникнення малих річок в основному відбувається через їх обміління, яке може початися через вирубку лісів у верхів'ях вододілів річок, замулення, осушення боліт, виїмки гравію з дна і ін. Обміління річок веде до зниження запасів питної води, скорочення ареалу мешкань, а також місць нересту риб і гніздування птахів [2, 3].

    Замулювання водойм викликає не тільки обміління річок, а й скорочення ареалів проживання риб, водоплавних птахів.

    Відомо, що замулювання русла відбувається в результаті зміни гідрологічного режиму річки: зниження швидкості течії веде до осідання частинок, які раніше відносило потоком води. Видобуток річкового піску, будівництво гідротехнічних споруд та інші заходи, що збільшують площу перетину русла, в кінцевому рахунку, приводять до накопичення на дні тонкодисперсних зважених речовин у вигляді мулу. Будь-яке водосховище є не тільки сховищем води для системи питного водопостачання, а й найефективнішим накопичувачем мулу, склад якого визначається якістю господарської діяльності на території водозбору.

    Каналізування населених пунктів, видобуток сировини і активне ведення сільського господарства - все це веде до підвищення навантаження осідають зважених речовин на поверхневі водні об'єкти і, як

    наслідок, до замулювання дна озера, ставка, затоки і русла річки навмисними скидами і неорганізованим поверхневим стоком [3 - 5].

    Розглядаючи в якості головного чинника замулювання водойм в місцях щільного проживання населення евтрофікацію, можливості якої істотно перевищують масштаби прямого скидання зважених речовин, можна побачити бурхливий розвиток рослинного життя, в першу чергу мікроводоростей фітопланктону, в результаті скидів азоту і фосфору з комунальними і промисловими стоками, в тому числі після глибокої біологічної очистки. Сезонне відмирання фітопланктону або його асиміляція в трофічному ланцюгу ведуть до утворення стійких до розкладання залишків - дейтріта або органічного мулу, який в результаті адсорбції додатково набирає 20 - 40% по сухій масі мінеральних речовин з води, навіть ультрапрісні.

    Також необхідно враховувати природне замулювання водоймища - сапропель. Озерний і річковий мул з давніх часів розглядався як джерело родючості. Саме мул дав життя і розквіт першої найяскравішої цивілізації людини на Нілі. Сучасне сільське господарство в багатьох регіонах планети також орієнтоване на використання донних відкладень в якості самодостатнього агрохімічного мелиоранта -азотно-фосфорного органічного добрива з макро-і мікроелементами живлення рослин, добре структурують грунт.

    Найбільшу цінність представляє сапропель, який є автохтонним відкладенням, тобто утворився безпосередньо у водоймі, а не привнесеним ззовні з поверхневим стоком. Найбільш цінний сапропель характеризується високим вмістом органічної речовини, тобто низьким ступенем мінералізації. Оптимальні умови утворення сапропелю - помірно прохолодний клімат, тобто велика частина Росії, - на жаль, не збігаються з зоною активного землеробства за тим же кліматичному фактору.

    Показова швидкість замулювання замкнутих водойм в екологічно чистих регіонах - в біотопах внутріболотних озер Західного Сибіру. Приріст біологічно стабільного озерного мулу (сапропелю) відбувається зі швидкістю 15 - 20 г С.В. / м2 або 0,25 мм на рік. З урахуванням ущільнення та продовженої мінералізації за 100 років існування екологічно чистого озера формується шар сапропелю не більше 1,0 см. Очевидно, що при подібних масштабах замулювання проблема руйнування біотопу гостро не стоїть, але, безумовно, з часом його видовий склад змінюється [6].

    У загальному випадку великі запаси від природи чистих сапропелів віддалені від місць підвищеного попиту на нього. Сапропель, що видобувається в дельті Волги, відкритий споживачеві, але також відкрита дельта і для всіх природокористувачів Волзького басейну. Очевидно, що в водотоках європейської частини Росії екологічно бездоганними можуть бути тільки давні відклади, але не наноси сучасного мулу. Дан-

    ний фактор перешкоджає активному використанню донних відкладень в сільському і підсобному господарстві. Місця високого попиту на сапропель при високому рівні цін на нього, що забезпечує рентабельність видобутку і переробки, асоційовані з щільним проживанням населення і, відповідно, з веденням активної господарської діяльності з супутнім забрудненням водойм і донних відкладень.

    Великі запаси від природи чистих сапропелів віддалені від місць підвищеного попиту на нього. Мули евтрофікації за генезисом мало відрізняються від автохтонних мулів, проблема полягає в супутніх скидання азоту і фосфору антропогенних речовинах. Завдяки природоохоронним заходам і вимиває ролі води, більшість донних відкладень річок і озер Росії задовольняють за своїм складом санітарним вимогам, що допускає їх до грунтової утилізації.

    Методи очищення стічних вод можна розділити на механічні, фізико-хімічні та біохімічні. В процесі очищення стічних вод утворюються опади, які піддаються знешкодженню, знезараженню, зневоднення, сушіння. Якщо за умовами скидання стічних вод у водойму потрібно більш високий ступінь очищення, то після споруд повної біологічної очистки стічних вод влаштовують споруди глибокого очищення. Відповідно до «Правил охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами», затвердженими свого часу Міністерством меліорації і водного господарства СРСР, Міністерством охорони здоров'я СРСР та Міністерством рибного господарства СРСР, стічні води після очищення перед скиданням у водойму знезаражують з метою знищення патогенних мікроорганізмів [ 3, 4].

    Споруди механічного очищення стічних вод призначені для затримання нерозчинених домішок. До них відносяться решітки, сита, пісколовки, відстійники і фільтри різних конструкцій.

    Ґрати й сита призначені для затримання великих забруднень органічного і мінерального походження. Песколовки служать для виділення домішок мінерального складу, головним чином піску. Відстійники затримують осідають і плаваючі забруднення стічних вод.

    Споруди механічного очищення стічних вод є попередньою стадією перед біологічним очищенням. При механічному очищенні міських стічних вод вдається затримати до 60% не розчиняється-них забруднень.

    Фізико-хімічні методи очищення міських стічних вод з урахуванням техніко-економічних показників використовують досить рідко. Ці методи в основному застосовують для очищення виробничих стічних вод.

    До методів фізико-хімічної очистки виробничих стічних вод відносяться: реагентному очищення, сорбція, екстракція, евапорація, дегазація, іонний обмін, озонування, електрофлотація, хлорування, електродіаліз і ін. [3].

    На сьогодні найефективнішим методом очищення є біологічний. Комплексна схема біологічної очистки наведена на малюнку. Основною перевагою цього методу є найвища ступінь очищення стічних вод (до 99%).

    Стояк для відкачування осаду

    відвідний колектор

    У /

    повітряний

    підвідний колектор

    Аератор

    Комплекс біологічної очистки стічних вод

    Біологічні методи очищення стічних вод ґрунтуються на природних процесах життєдіяльності гетеротрофних мікроорганізмів. Мікроорганізми, як відомо, мають ряд особливих властивостей, з яких слід виділити три основні, широко використовуваних для цілей очищення:

    1) здатність споживати в якості джерел живлення найрізноманітніші органічні (і деякі неорганічні) з'єднання для отримання енергії і забезпечення свого функціонування;

    2) властивість швидко розмножуватися. В середньому число бактеріальних клітин подвоюється через кожні 30 хв;

    3) здатність утворювати колонії і скупчення, які порівняно легко можна відокремити від очищеної води після завершення процесів вилучення містяться в ній забруднень.

    Залежно від умов очищення стічних вод розрізняють два види біологічної очистки.

    До першого відносять споруди, в яких біологічне очищення відбувається в умовах, близьких до природних:

    - поля зрошення;

    - поля фільтрації;

    - біологічні ставки.

    До другого виду відносять споруди, в яких біологічне очищення здійснюється в штучно створених умовах:

    - біологічні фільтри (біофільтри), діляться на краплинні (стандартні) і високонагру-женние;

    - аеротенки [3].

    Механізм вилучення з стічних вод органічних речовин носить досить складний і багатоступінчастий

    характер взаємопов'язаних і послідовних біохімічних реакцій.

    При очищенні стічних вод, що містять суміш різноманітних за хімічним складом забруднень, біомаса, що здійснює очистку, являє собою співтовариство різних видів мікроорганізмів і найпростіших зі складними відносинами між ними на рівні ферментативних реакцій. В аеротенках микробиальная маса перебуває в підвішеному в рідини стані у вигляді окремих пластівців, які представляють собою зооглейние скупчення мікроорганізмів, найпростіших і більш високоорганізованих представників фауни (коловертки, хробаки, личинки комах, а також водних грибів і дріжджів).

    Біоценоз організмів, що розвиваються в аеробних умовах на органічних забрудненнях, що містяться в стічній воді, отримав назву активного мулу. Основна роль в ньому належить групам бактерій, здатним не тільки витягати зі стічної води зважені і органічні речовини, але і самоорганізовуватися в колонії - пластівці, легко відокремлюються потім від очищеної води відстоюванням або флотацією. Активний мул - скупчення мікроорганізмів, в яких клітини оповиті «павутиною» розчинних або слаборозчинних позаклітинних полімерних утворень.

    З інженерної точки зору визначальним для технологічного і конструктивного оформлення процесу біологічної очистки є швидкість вилучення забруднень з води, що очищається в процесі біохімічних реакцій.

    Вищевказані споруди очищають тільки стічні води і не вирішують проблем висихання і замулення малих річок. Для цієї мети є інші конструкції очищення, такі як мулові майданчики, центрифуги, фільтр-преса і ряд інших механічних пристроїв. Але ці методи відрізняє необхідність будівництва капітальних корпусів з енерговитратним обладнанням. Тому основним способом утилізації продуктів замулення служить їх розміщення в накопичувачах. Накопичувачі одночасно виконують функції і об'єктів розміщення відходів, і гідротехнічних споруд. Останні вимагають проведення дорогих заходів щодо забезпечення промислової безпеки.

    Для вирішення подібних завдань на допомогу приходить сучасна технологія зневоднення суспензій в геотекстильних контейнерах [6].

    Зневоднення в геотекстильних контейнерах технологія, яка дозволяє наблизитися до адекватного вирішення означеної у статті еколого-економічної проблеми. Принцип дії технології проста: заповнити великорозмірний контейнер з фільтрує тканини водною суспензією і дочекатися, поки через пори вийде вся вода, яка може відокремитися від твердих частинок. Заповнення одного або одночасно декількох геотубов здійснюється відцентровим насосом, в тому числі, безпосередньо від земснаряда. Геотекстильні контейнери розклади-

    ються на плоскій поверхні, на спеціально підготовленому або природній основі, що визначається природою зневоднюється матеріалу [5, 6].

    При заповненні геотекстильного контейнера зернистої суспензією, наприклад, піском або вугільним шламом, вільна вода відходить практично миттєво - повністю в межах календарної доби. Для швидкого і повного відділення води від тонкодисперсних суспензій, до яких відносяться мули, опади, мінеральні шлами, її обробляють кондиціонуючим реагентом - флокулянтом [5, 6].

    За результатами первинного зневоднення тонкодисперсного матеріалу в геотекстильні контейнері формується текучо-пластична паста. Розмір пастоподібного грунтового тіла в контейнері на момент припинення активної стадії заповнення відповідає типорозміру: по висоті від 1,8 до 2,4 м; по ширині від 5 до 13 м; по довжині від 5 до 100 м. Обсяг повнорозмірного геотекстильного контейнера здатний вмістити до 1 500 м3 зневодненого матеріалу або близько 5 тис. м3 мулу, осаду або шламу натуральної вологості.

    В результаті консолідації відбувається усадка грунту пропорційно обсягу води, що відійшов на цій пасивної стадії зневоднення. На етапі первинної консолідації, яка не перевищує 3 міс. (Без проморожування і відтавання), висота грунтового тіла знижується в 1,5 рази: в геотекстильні контейнері утворюється тугопластічних грунт. На цьому етапі геотекстильний контейнер може бути дозаправлений і повторно введений в режим консолідації.

    У кліматичних умовах Росії зневоднення донних мулів, а також опадів і шламів, в геотекстильних контейнерах економічно доцільно здійснювати з включенням в стадію консолідації промораживания і відтавання. По завершенні консолідації із застосуванням промораживания, відтавання і природної сушки в геотекстильні контейнері формується розсипчастий грунт - відхід, сировину або товарний продукт - в повній відповідності з хімічним складом вихідного матеріалу [5, 6].

    висновки

    1. Замулювання водойм і водотоків - процес сукупного взаємодії антропогенних факторів з живою і неживою природою. І якщо спусковим механізмом замулювання водного об'єкта є людина, то продуцентом переважної більшості мулу - сама природа.

    У повній відповідності з законом збереження маси речовини кілограми азоту і фосфору породжують тонни зважених речовин і, як наслідок, сотні кубометрів органічного мулу. Антропогенне біопродуктивність водойми з органічного мулу багаторазово перевищує типову навантаження зважених речовин в складі скидів, узгоджених приро-допользователямі. Незважаючи на ключову роль біогенних елементів у формуванні донних відкладень, їх скидання не має миттєво вираженого негативного впливу і явно присутнього шкоди

    навколишньому середовищу, а водний транспорт азоту і фосфору веде до замулювання видатків і водойм-водоприймачів далеко від місць їх скидання.

    Замулювання дна має накопичувальний характер. У сукупності з евтрофікацією робить цей негативний процес «анонімним» і виключає надходження в бюджети міст і муніципальних районів за місцем знаходження природних водних об'єктів фінансових коштів, необхідних для їх відновлення.

    Необхідність цільових програм очищення водних об'єктів від донних відкладень очевидна. У місцях щільного проживання населення і в непорушених биотопах також потрібні спеціальні високоефективні і технологічні засоби зневоднення донних відкладень. При відсутності подібних засобів виробництва регіональні і федеральні цільові програми стають малоефективними, а санація водного об'єкта буде супроводжуватися забрудненням прилеглої середовища з втратами фінансів в опосередкованих платежах. За техніко-економічними показниками технологія зневоднення в геотекстильних контейнерах дозволяє вирішити одночасно завдання санації водного об'єкта, його окультурення і отримання транспортабельного органомі-ральним добрива з екологічними характеристиками, відповідними генезису освіти донних відкладень.

    2. З усіх наявних методів і споруд очистки найефективнішим є метод біологічного очищення. Він дає найвищу ступінь оч-

    Надійшла до редакції

    ки стічних вод (до 99%). Після очищення стічних вод біологічним методом вода потрапляє безпосередньо до споживачів. З огляду на стрімке зростання міст, збільшення обсягів виробництва та, відповідно, збільшення різноманітного кількості відходів, що згубно впливають на екологічний стан планети, необхідно розвивати і вдосконалювати технології очищення стічних вод біологічним методом, домагаючись збільшення ефективності очищення і обсягів очищаються відходів.

    література

    1. Кравченко А.С., Меркулова Т.Н. Значення водовідведення в міському середовищі // Меліорація і водне господарство: матеріали наук.-практ. конф. студентів і молодих вчених, 22 - 23 жовтня 2011 г. / НГМА. Новочеркаськ, 2011. С. 89.

    2. Алексєєв М.І., Курганов А.М. Системи збору і відведення

    поверхневого стоку // Організація відведення поверхневого (дощового і талого) стоку з урбанізованих територій. М., 2000. С. 38 - 41.

    3. Воронов Ю.В. Водовідведення. М., 2011. С. 283 - 318.

    4. Яковлєв С.В., Воронов Ю.В. забезпечення надійності

    роботи водовідвідних систем // Водовідведення та очистка стічних вод. М., 2002. С. 598 - 614.

    5. Денисов В.В., Гутен В.В., Луганська І.А. Екологія

    міста // Екологія. М., 2006. С. 482 - 487.

    6. Геосинтетика і екологічні технології [Електронний ресурс]. URL: http //: www.admir-ea.ru. (Дата звернення 19.04.2012).

    7 грудня 2011 р.

    Меркулова Тетяна Миколаївна - канд. техн. наук, доцент, професор, Новочеркаська державна меліоративна академія. Тел. 8 (8635) 22-26-58.

    Кравченко Олександр Сергійович - аспірант, Новочеркаська державна меліоративна академія. Тел. 8-908-189-18-28.

    Merkulova Tatiana Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, professor, Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. 8 (8635) 22-26-58.

    Kravchenko Alexander Sergeevich - post-graduate student, Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. 8-908-189-18-28.


    Ключові слова: ВІДХОДИ / замулення / СПОРУДЖЕННЯ МЕХАНІЧНОЇ І БІОЛОГІЧНОЇ ОЧИСТКИ / СТІЧНІ ВОДИ / ЯКІСТЬ ВОДИ / ЗНЕВОДНЕННЯ / ГЕОТЕКСТИЛЬ / WASTE / SILTATION / CONSTRUCTION OF MECHANICAL AND BIOLOGICAL TREATMENT / WASTE WATER / WATER QUALITY / DRAINAGE / GEOTEXTILES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити