Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Водовідведення та очистка стічних вод являє собою одну з найважливіших екологічних проблем урбанізованих територій. В результаті біологічної очистки стоків по аеробному механізму утворюється велика кількість відходів — осади стічних вод (ОСВ), що складаються, в основному, з відпрацьованого активного мулу. Незважаючи на те, що ОСВ класифікують, як малонебезпечні (IV клас) і в реальних умовах розміщують відкрито на мулових майданчиках, останні утворюють джерело забруднення основних трьох компонентів навколишнього природного середовища: ґрунту, атмосферного повітря, поверхневих і ґрунтових вод. Так, наприклад, забруднення і деградація ґрунтів, що визначають якість питної води, продуктів харчування, можуть бути факторами передачі збудників інфекційних захворювань [1].

1. Актуальність теми

Актуальність теми полягає в тому, що повторне використання осадів стічних вод дозволить значно скоротити площу наявних мулових карт шляхом утилізації ОСВ як органо-мінерального добрива і, як наслідок, знизити ризик виникнення екологічної небезпеки.

2. Мета, завдання, об’єкт, предмет дослідження, планована наукова новизна

Метою дослідження є вивчення доцільності використання осадів стічних вод з мулових майданчиків в якості органо-мінерального добрива на прикладі Макіївського виробничого управління водопровідно-каналізаційного господарства КП Компанія Вода Донбасу.

Досягнення поставленої мети передбачає вирішення таких основних завдань:
1) провести аналіз технологічної схеми очищення стічних вод і встановити етапи максимального утворення відходів;
2) дослідити агрохімічні, хімічні та санітарно-бактеріологічні показники осадів стічних вод;
3) вивчити умови можливого використання осадів стічних вод в якості органо-мінерального добрива для овочевих культур;
4) розробити науково обґрунтовані рекомендації по вторинному використанню осадів стічних вод;
5) визначити еколого-економічний ефект використання органо-мінерального добрива для відновлення родючості грунтів регіону.

Об’єкт дослідження : осади стічних вод очисних споруд міста Макіївки.

Предмет дослідження : агрохімічна, хімічна і санітарно-бактеріологічна оцінка осадів стічних вод, а також можливі варіанти їх використання в якості органо-мінерального добрива.

Планована наукова новизна: результати досліджень дозволять показати можливість використання осадів стічних вод в якості добрива з певними видами наповнювачів.

3. Технологічна схема очищення стічних вод

Очисні споруди входять до складу Макіївського виробничого управління водопровідно-каналізаційного господарства КП Компанія Вода Донбасу і являють собою складний виробничий комплекс.

Згідно з дозвілом на спеціальне водокористування [2] щодоби на міських очисних спорудах переробляється 80 тис. м³ господарсько-побутових, виробничих і зливових стічних вод. Принципова схема очищення стічних вод представлена на рисунку 1.


Принципова схема очищення стічних вод

Умовні позначення: I — сирий осад; II — надлишковий активний мул; III — зворотний активний мул; IV — відпрацьований активний мул; V — водно-ілова суміш; VI — осад зневоднений.

1 — грати; 2 — пісковловлювачі; 3 — первинні відстійники; 4 — насосна станція сирого осаду; 5 — аеротенк; 6 — вторинні відстійники; 7 — насосна станція активного мулу; 8 — аеробний стабілізатор; 9 — мулові майданчики; 10 — мулові ставки; 11 — контактний резервуар

Рисунок 1 — Принципова схема очищення стічних вод


На першому етапі очищення (механічний) застосовуються грати і горизонтальні бункерні пісковловлювачі для вловлювання важких механічних домішок. Далі частково очищені стічні води надходять в первинні радіальні відстійники, де протягом декількох годин вода залишається нерухомою, і при цьому одночасно протікають два процеси:
1) седиментация найважчих частинок органічних речовин (30–50%) на дно;
2) спливання на поверхню жирних і маслянистих речовин, а також нафтопродуктів. Сирий осад направляється на аеробний стабілізатор, а матеріал, що спливає (мул-сирець) направляється на регенерацію або спалювання [3].

Освітлена і частково очищена стічна вода з первинних відстійників надходить в блок біохімічної очистки (БХО), де в аеротенках частина органічних полютантів піддається деструкції в результаті контакту стічної води з активним мулом при одночасному насиченні киснем повітря.

Очищені в аеротенках стічні води надходять у вторинні відстійники, де відбувається седиментація активного мулу, в процесі якої його мікроорганізми своєю лускатою поверхнею адсорбируют найдрібніші суспензії.

Процес БХО супроводжується утворенням великої кількості осаду, що представляє собою відмерлий або надлишковий активний мул [3]. З метою зневоднення осади з аеротенків і вторинних відстійників обробляються в аеробних стабілізаторах. Потім зневоднений осад надходить на спеціально підготовлені ділянки землі — мулові майданчики (рис. 2).

Процес формування мулового майданчика

Рисунок 2 — Процес формування мулового майданчика
(анімація: 5 кадрів, 6 циклів повторення, 159 кілобайт)


Далі стоки надходять в контактні резервуари для знезараження натрій гіпохлоритом, в результаті чого досягається ступінь їх очищення, відповідна категорії нормативно очищені і по трубопроводах скидаються в річку Грузська [4].

4. Осади стічних вод — джерело еколого-соціальних проблем міста Макіївки

Осади стічних вод становлять реальну загрозу навколишньому природному середовищу, будучи джерелом біотичного, механічного та хімічного видів забруднення, погіршуючи її санітарно-епідеміологічні, оздоровчі та естетичні якості. На підставі документації проведені дослідження екологічної обстановки прилеглих території мулових майданчиків показали високу ступінь забруднення: атмосферного повітря, підземних і поверхневих вод, грунтів [5].

Осади стічних вод є сприятливим бактеріологічним середовищем для розвитку різних паразитарних агентів (яйця і личинки гельмінтів, цисти кишкових найпростіших). Бездомні собаки, кішки, миші, щури та птиці, будучи переносниками небезпечних інфекцій (токсокароз), створюють епідеміологічно несприятливі ситуації [1].

Складування осадів стічних вод в безпосередній близькості від сільськогосподарських угідь і житлових масивів міста створює передумови для несанкціонованого використання їх в якості добрива та, як наслідок, до забруднення додаткових площ орних земель.

5. Використання осадів стічних вод в якості органо-мінерального добрива

В результаті інтенсивної промислової і сільськогосподарської діяльності практично всі грунту (понад 95 %) Донецької області відносяться до класу техногенно змінених [6]. Якщо взяти до уваги той факт, що сільське господарство забезпечує продовольчу безпеку регіону, то стає зрозумілим гостра необхідність в поліпшенні якості земельних ресурсів. Одним з ефективних шляхів рекультивації порушених грунтів і в той же час утилізації осадів стічних вод, є застосування останніх в якості добрива. Однак, головною умовою для застосування в сільському господарстві є їх відповідність санітарним нормам, особливо за наявністю важких металів (ВМ) — кадмій, нікель, цинк, мідь, свинець, ртуть, хром [7].

Поступаючи на поверхню грунту, важкі метали накопичуються в верхніх гумусових горизонтах. Вони небезпечні тим, що мають здатність накопичуватися в живих організмах, втручатися в метаболічний цикл, утворюючи високотоксичні органічні сполуки. Міграція ВМ в ланцюжку рослини-тварини-людина є передумовою виникнення ряду захворювань (кон’юнктивіт, гепатит, дерматит, бронхіальна астма, рак легенів).

Одним з найбільш небезпечних забруднювачів навколишнього середовища за токсичністю, рухливостю, здатностю накопичуватися в харчових ланцюжках є кадмій. У навколишнє середовище він надходить при зберіганні і переробці побутових і промислових відходів. Кадмій надзвичайно легко переходить з ґрунту в рослини: останні поглинають до 70 % з грунту і лише 30 % — з повітря. Поступаючи в грунт впливає на біологічні, хімічні і фізичні властивості, погіршуючи тим самим грунтову родючість. Кадмій робить негативний вплив на рослини, знижуючи вміст хлорофілу і каротиноїдів, викликаючи зрушення в структурі мембран хлоропластів, що негативно позначається на інтенсивності фотосинтезу [8].

Так, мідь, з одного боку, є необхідним елементом для нормального функціонування організмів, але, з іншого — є токсичним при підвищених концентраціях. Мідь надходить в навколишнє середовище в результаті роботи металургійних підприємств, спалювання вугілля, міститься в шахтних водах. У великих кількостях є інгібітором ґрунтових ферментів, зменшує чисельність ґрунтових мікроорганізмів, особливо целюлозоразкладаючих бактерій. Вона пригнічує розвиток мікоризи, яка виконує важливі функції при засвоєнні рослинами елементів мінерального живлення. Мідь є сильним антагоністом заліза і марганцю, необхідних рослинам для утворення в листі хлорофілу.

Свинець включений в списки пріоритетних забруднювачів Всесвітньою організацією охорони здоров’я. Найбільш високі концентрації виявляються в коренеплодах та інших рослинних продуктах, вирощених на землях поблизу промислових районів і вздовж доріг.

Згідно з літературними даними видаленню іонів важких металів сприяє процес компостування осадів стічних вод в присутності таких наповнювачів як тирса, лушпиння соняшнику, сухе листя, солома. Відомо, що ці складові виконують роль розпушувачів грунту і є добривами для рослин, перешкаджаючи росту бур’янів і ущільнення грунту, сприяють прискоренню хімічних процесів, зменшують амплітуду температурних коливань, затримують вимивання поживних речовин з більш глибоких шарів і запобігають вітрову і водну ерозію грунтів [9] [10].

6. Методика аналізу окремих агрохімічних показників осаду стічних вод і отримані на даний момент результати

6.1. Визначення вологості

Суть методу полягає у визначенні втрати маси проби після прожарювання при температурі 105°С.

Вологість осаду обчислюється за формулою [7]:


W = (m1 - m2 / m3) · 100, (1)

де W — вологість осаду, %;

m1 — маса чашки з вологим осадом, г;

m2 — маса чашки з висушеним осадом, г;

m3 — навішування осаду, г.

6.2. Визначення реакції середовища

Метод заснований на приготуванні сольової витяжки з добрива з наступним потенциометрическим визначенням рН за допомогою рН-метр-мілівольтметри рН-121 [7].

6.3. Визначення щільності

Масу осаду з усіма включеннями визначають, як різницю маси циліндра з осадом і маси порожнього циліндра.

Щільність осаду визначається за формулою [7]:


ρ = m / V, (2)

деρ — щільність осаду, кг ⁄ м³

m  — маса осаду з усіма включеннями, кг;

V  — обсяг осаду, м³.

6.4. Визначення змісту зважених речовин

Концентрація зважених речовин в 1 м³ осаду визначається за формулою [7]:


C = (100 - W) / 100) · ρ, (3)

де С — концентрація зважених речовин, м³

W — вологість осаду, %;

ρ — щільність осаду, кг⁄м³.

Результати аналізів окремих агрохімічних показників осадів стічних вод Макіївського виробничого управління водопровідно-каналізаційного господарства КП Компанія Вода Донбасу представлені в таблиці 1.


Таблиця 1 - Результати аналізів агрохімічних показників осадів стічних вод після очисних споруд міста Макіївки
Показники Од. вимірювання Величина нормативна Величина фактична
Вологість % < 70 11,0
рН — 5,5–8,5 7,6
Щільність кг⁄м³ не нормується 1052,0
Зважені речовини кг⁄м³ не нормується 934,2

Дані таблиці 1 показують, що досліджувана проба оcадів за обраними агрохімічними показниками відповідає вимогам, що пред’являються до органо-мінеральних добрив, і це дає підставу зробити попередній позитивний висновок про можливість використання ОСВ після очисних споруд міста Макіївки в сільському господарстві.

Висновки

Огляд літературних джерел і попередній експериментальний аналіз осадів стічних вод дозволяють зробити висновок про можливість їх використання в якості органо-мінерального добрива, за умови відповідності санітарним нормам за вмістом важких металів. У разі їх відсутності в складі ОСВ будуть розроблені науково обґрунтовані рекомендації по вторинному використанню, що дозволить, в свою чергу, зменшити шкоду, що наноситься в даний час компонентам навколишнього природного середовища, в т. ч. тваринного та рослинного світу, а також населенню міста Макіївки.

Під час написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: травень 2017 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Джембрий, Ю. А. Использование осадков сточных вод в качестве органоминерального удобрения — актуальный социальный аспект / Ю. А. Джембрий, Л. В. Чайка // Материалы Региональной конференции Комплексное использование природных ресурсов. — Донецк, 2015. — С. 37–40.
  2. Разрешение на специальное водопользование и нормативы предельно допустимого сброса загрязняющих веществ со сточными водами Макеевского ПУВКХ КП Компания Вода Донбасса: Отчет годовой / Макеевское ПУВКХ КП Компания Вода Донбасса. — Макеевка, 2011. — 60 с.
  3. Мишуков, Б. Г. Очистка городских сточных вод / Б. Г. Мишуков, С. Ю. Игнатчик. — СПб: СПбГАСУ, 2014. — 196 с.
  4. СанПиН 4630–88. Охрана поверхностных вод от загрязнения [Електронний ресурс]. — Режим доступу: http://www.cawater-info.net.
  5. Паспорт места удаления отходов Макеевского ПУВКХ КП Компания Вода Донбасса: Отчет годовой / Макеевское ПУВКХ КП Компания Вода Донбасса. — Макеевка, 2008. — 20 с.
  6. Земля тревоги нашей. По материалам Доклада о состоянии окружающей природной среды Донецкой области за 2005–2010 гг. под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина. — Донецк, 2010. — 116 с.
  7. ГОСТ 17.4.3.07–2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. — Введ. в действие Постановлением Госстандарта России от 23-01-2001. — М.: Госстандарт России, 2001. — 6 с.
  8. Возможное негативное влияние удобрений на плодородие почв [Електронний ресурс]. — Режим доступу: http://www.activestudy.info.
  9. Савельева, Е. А. Экологические проблемы утилизации производственных отходов: Диссертация канд. техн. наук: 08.02.06 / Российский государственный социальный университет. — М., 2014. — 167 с.
  10. Солодкова, А. Б. Обезвреживание отработанного активного ила с получением материалов для решения экологических проблем химических и нефтехимических предприятий: Диссертация канд. техн. наук: 03.02.08 / Энгельсский технологический институт. — Саратов, 2014. — 158 с.