Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы


Содержание

Введение

Водоотведение и очистка сточных вод представляет собой одну из важнейших экологических проблем урбанизированных территорий. В результате биологической очистки стоков по аэробному механизму образуется большое количество отходов — осадки сточных вод (ОСВ), состоящие, в основном, из отработанного активного ила. Несмотря на то, что ОСВ классифицируют, как малоопасные (IV класс) и в реальных условиях размещают открыто на иловых площадках (ИП), последние образуют источник загрязнения основных трех компонентов окружающей природной среды: почвы, атмосферного воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Так, например, загрязнение и деградация почв, определяющих качество питьевой воды, продуктов питания, могут быть факторами передачи возбудителей инфекционных заболеваний [1].

1. Актуальность темы

Актуальность темы заключается в том, что повторное использование осадков сточных вод позволит значительно сократить площадь имеющихся иловых карт путем утилизации ОСВ в качестве органоминерального удобрения (ОМУ) и, как следствие, снизить риск возникновения экологической опасности.

2. Цель, задачи, объект, предмет исследования, планируемая научная новизна

Целью исследования является изучение целесообразности использования осадков сточных вод с иловых площадок в качестве органоминерального удобрения на примере Макеевского производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства КП Компания Вода Донбасса.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих основных задач:
1) провести анализ технологической схемы очистки сточных вод и установить этапы максимального образования отходов;
2) исследовать агрохимические, химические и санитарно-бактериологические показатели осадков сточных вод;
3) изучить условия возможного использования осадков сточных вод в качестве органоминерального удобрения для овощных культур;
4) разработать научно обоснованные рекомендации по вторичному использованию осадков сточных вод;
5) определить эколого-экономический эффект использования органоминерального удобрения для восстановления плодородия почв региона.

Объект исследования: осадки сточных вод очистных сооружений города Макеевки.

Предмет исследования: агрохимическая, химическая и санитарно-бактериологическая оценка осадков сточных вод, а также возможные варианты их использования в качестве органоминерального удобрения.

Планируемая научная новизна: результаты исследований позволят показать возможность использования осадков сточных вод в качестве удобрительной смеси с определенными видами наполнителей.

3. Технологическая схема очистки сточных вод

Очистные сооружения входят в состав Макеевского производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства КП Компания Вода Донбасса и представляют собой сложный производственный комплекс.

Согласно разрешению на специальное водопользование [2] ежесуточно на городских очистных сооружениях перерабатывается 80 тыс. м³ хозяйственно-бытовых, производственных и ливневых сточных вод. Принципиальная схема очистки сточных вод представлена на рисунке 1.


Принципиальная схема очистки сточных вод

Условные обозначения: I — сырой осадок; II — избыточный активный ил; III — возвратный активный ил; IV — отработанный активный ил; V — водно-иловая смесь; VI — осадок обезвоженный.

1 — решетки; 2 — песколовки; 3 — первичные отстойники; 4 — насосная станция сырого осадка; 5 — аэротенк; 6 — вторичные отстойники; 7 — насосная станция активного ила; 8 — аэробный стабилизатор; 9 — иловые площадки; 10 — иловые пруды; 11 — контактный резервуар

Рисунок 1 — Принципиальная схема очистки сточных вод


На первом этапе очистки (механический) применяются решетки и горизонтальные бункерные песколовки для улавливания тяжелых механических примесей. Далее частично очищенные сточные воды поступают в первичные радиальные отстойники, где в течение нескольких часов вода остается неподвижной, и при этом одновременно протекают два процесса:
1) седиментация самых тяжелых частиц органических веществ (30–50 %) на дно;
2) всплытие на поверхность жирных и маслянистых веществ, а также нефтепродуктов. Сырой осадок направляется на аэробный стабилизатор, а собранный в бочки, всплывающий материал (ил-сырец) направляется на регенерацию или сжигание [3].

Осветленная и частично очищенная сточная вода из первичных отстойников поступает в блок биохимической очистки (БХО), где в аэротенках часть органических полютантов подвергается деструкции в результате контакта очищаемой сточной воды с активным илом при одновременном насыщении кислородом воздуха.

Очищенные в аэротенках сточные воды поступают во вторичные отстойники, где происходит седиментация активного ила, в процессе которой его микроорганизмы своей чешуйчатой поверхностью адсорбируют мельчайшие взвеси.

Процесс БХО сопровождается образованием большого количества осадка, представляющего собой отмерший или избыточный активный ил [3]. С целью обезвоживания осадки из аэротенков и вторичных отстойников обрабатываются в аэробных стабилизаторах. Затем обезвоженный осадок поступает на специально подготовленные участки земли — иловые площадки (рис. 2).

Процесс формирования иловой площадки

Рисунок 2 — Процесс формирования иловой площадки
(анимация: 5 кадров, 6 циклов повторения, 159 килобайт)


Далее стоки поступают в контактные резервуары для обеззараживания натрий гипохлоритом, в результате чего достигается степень их очистки, соответствующая категории нормативно очищенные и по трубопроводам сбрасываются в речку Грузская [4].

4. Осадки сточных вод — источник эколого-социальных проблем города Макеевки

Осадки сточных вод представляют реальную угрозу окружающей природной среде, являясь источником биотического, механического и химического видов загрязнения, ухудшая ее санитарно-эпидемиологические, оздоровительные и эстетические качества. На основании документации проведенные исследования экологической обстановки прилегающих территории иловых площадок показали высокую степень загрязнения: атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв [5].

Осадки сточных вод являются благоприятной бактериологической средой для развития различных паразитарных агентов (яйца и личинки гельминтов, цисты кишечных простейших). Бездомные собаки, кошки, мыши, крысы и птицы, являясь переносчиками опасных инфекций (токсокароз), создают эпидемиологически неблагоприятные ситуации [1].

Складирование осадков сточных вод в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий и жилых массивов города создает предпосылки для несанкционированного использования их в качестве удобрения и, как следствие, к загрязнению дополнительных площадей пахотных земель.

5. Использование осадков сточных вод в качестве органоминерального удобрения

В результате интенсивной промышленной и сельскохозяйственной деятельности практически все почвы (более 95 %) Донецкой области относятся к классу техногенно измененных [6]. Если принять во внимание тот факт, что сельское хозяйство обеспечивает продовольственную безопасность региона, то становиться понятным острая необходимость в улучшении качества земельных ресурсов. Одним из эффективных путей рекультивации нарушенных почв и в тоже время утилизации осадков сточных вод, является применение последних в качестве удобрения. Однако, главным условием для применения в сельском хозяйстве является их соответствие санитарным нормам, особенно по наличию тяжелых металлов (ТМ) — кадмий, никель, цинк, медь, свинец, ртуть, хром [7].

Поступая на поверхность почвы, тяжелые металлы накапливаются в верхних гумусовых горизонтах. Они опасны тем, что обладают способностью накапливаться в живых организмах, вмешиваться в метаболический цикл, образуя высокотоксичные металлосодержащие органические соединения. Миграция ТМ в цепочке растения-животные-человек является предпосылкой возникновения ряда заболеваний (конъюнктивит, гепатит, дерматит, бронхиальная астма, рак легких).

Одним из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды по токсичности, подвижности, способности накапливаться в пищевых цепочках является кадмий. В окружающую среду он поступает при хранении и переработке бытовых и промышленных отходов. Поступая в почву влияет на биологические, химические и физические свойства, ухудшая тем самым почвенное плодородие. Кадмий оказывает негативное воздействие на растения, снижая содержание хлорофилла и каротиноидов, вызывая сдвиги в структуре мембран хлоропластов, что отрицательно сказывается на интенсивности фотосинтеза [8].

Так, медь, с одной стороны, является необходимым элементом для нормального функционирования организмов, но, с другой — является токсичным при повышенных концентрациях. Поступает в окружающую среду в результате работы металлургических предприятий, сжигания угля, содержится в шахтных водах. В больших количествах медь является ингибитором почвенных ферментов, уменьшает численность почвенных микроорганизмов, особенно целлюлозоразлагающихся бактерий. Она угнетает развитие микоризы, выполняющей важные функции при усвоении растениями элементов минерального питания. Медь является сильным антагонистом железа и марганца, необходимых растениям для образования в листьях хлорофилла.

Свинец включен в списки приоритетных загрязнителей Всемирной организацией здравоохранения. Наиболее высокие концентрации обнаруживаются в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.

Согласно литературным данным удалению ионов тяжелых металлов способствует процесс компостирования осадков сточных вод в присутствии таких наполнителей как опилки, шелуха подсолнечника, сухие листья, солома. Известно, что эти составляющие выполняют роль разрыхлителей почвы и являются удобрениями для растений, препятствуюя росту сорняков и уплотнению почвы, способствуют ускорению химических процессов, уменьшают амплитуду температурных колебаний, задерживают вымывание питательных веществ из более глубоких слоев и предотвращают ветровую и водную эрозию почв [9, 10].

6. Методика анализа отдельных агрохимических показателей осадка сточных вод и полученные на данный момент результаты

6.1. Определение влажности

Сущность метода заключается в определении потери массы пробы после прокаливания при температуре 105 °С.

Влажность осадка вычисляется по формуле [7]:


W = (m1 - m2 / m3) · 100, (1)

где W — влажность осадка, %;

m1 — масса чашки с влажным осадком, г;

m2 — масса чашки с высушенным осадком, г;

m3 — навеска осадка, г.

6.2. Определение реакции среды

Метод основан на приготовлении солевой вытяжки из удобрения с последующим потенциометрическим определением рН с помощью рН-метр-милливольтметра рН-121 [7].

6.3. Определение плотности

Массу осадка со всеми включениями определяют, как разность массы цилиндра с осадком и массы пустого цилиндра.

Плотность осадка определяется по формуле [7]:


ρ = m / V, (2)

где ρ — плотность осадка, кг ⁄ м³

m — масса осадка со всеми включениями, кг;

V — объем осадка, м³.

6.4. Определение содержания взвешенных веществ

Концентрация взвешенных веществ в 1 м³ осадка определяется по формуле [7]:


C = (100 - W) / 100) · ρ, (3)

где С — концентрация взвешенных веществ, м³

W — влажность осадка, %;

ρ — плотность осадка, кг⁄м³.

Результаты анализов отдельных агрохимических показателей осадков сточных вод Макеевского производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства КП Компания Вода Донбасса представлены в таблице 1.


Таблица 1 — Результаты анализов агрохимических показателей осадков сточных вод после очистных сооружений города Макеевки
Показатели Ед. измерения Величина нормативная Величина фактическая
Влажность % < 70 11,0
рН — 5,5–8,5 7,6
Плотность кг/м³ не нормируется 1052,0
Взвешенные вещества кг/м³ не нормируется 934,2

Данные таблицы 1 показывают, что исследуемая проба осадков по выбранным агрохимическим показателям соответствует требованиям, предъявляемым к органоминеральным удобрениям, и это дает основание сделать предварительный положительный вывод о возможности использования ОСВ после очистных сооружений города Макеевки в сельском хозяйстве.

Выводы

Обзор литературных источников и предварительный экспериментальный анализ осадков сточных вод позволяют сделать вывод о возможности их использования в качестве органоминерального удобрения, при условии соответствия санитарным нормам по содержанию тяжелых металлов. В случае их отсутствия в составе ОСВ будут разработаны научно обоснованные рекомендации по вторичному использованию, что позволит, в свою очередь, уменьшить ущерб, наносимый в настоящее время компонентам окружающей природной среды, в том числе животному и растительному миру, а также населению города Макеевки.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2017 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  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 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: 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 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: 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.