Ученые считают, что в системе защиты окружающей среды от загрязнения очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов

• Название: Ученые считают, что в системе защиты окружающей среды от загрязнения очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов
• Дата: 06.05.2023
• Размер: 27.94 Kb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Документы; #1111904

^{Как отмечают авторы, и}нтенсивное развитие промышленности, улучшение степени благоустроенности городов и поселков и их быстрый рост привели к снижению эффективности очистки воды, в том числе и от биогенных элементов (соединений азота и фосфора). Это свидетельствует о том, что технологии и сооружения, внедренные в 60–70-х годах XX столетия, не справляются с современной антропогенной нагрузкой. Важной составляющей комплекса мер по снижению антропогенной нагрузки на водные объекты является развитие технического регулирования в области очистки сточных вод [6].

Ученые считают, что в системе защиты окружающей среды от загрязнения очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов.

В настоящее время в данной области наметились новые тенденции и подходы, направленные на решение проблем, существование которых ранее не принималось во внимание.

В соответствии с современными воззрениями основной причиной ухудшения качества вод поверхностных источников является эвтрофикация – процесс роста биологической растительности, который происходит вследствие нарушения баланса питательных веществ. Он сопровождается чрезмерным развитием водорослей, особенно зеленых, сине-зелёных и диатомовых, преобладанием нежелательных видов планктона, нарушением жизнедеятельности рыб.

Продукты метаболизма водорослей придают воде неприятный запах, могут вызывать кожные аллергические реакции и желудочнокишечные заболевания у людей и животных. При разложении водоросли выделяют в воду полипептиды, аммиак и промежуточные продукты белкового распада. Бурное развитие технологий и технических средств ликвидации биогенного загрязнения базируется на использовании современного высокотехнологичного оборудования, а также систем автоматического контроля и управления. Замедления и даже обратимости процесса эвтрофикации принципиально можно достичь путем прекращения доступа в водоемы биогенных элементов.

Удаление биогенных элементов требуется также при создании оборотных и замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий, использующих биологически очищенные городские сточные воды[4].

Наличие соединений фосфора и азота вызывает биологическое обрастание трубопроводов, коллекторов и другого канализационного оборудования, а присутствие аммонийного азота, нитритов и нитратов приводит к развитию коррозионных процессов. Традиционная биологическая очистка не обеспечивает достаточной глубины удаления биогенных элементов.

При механической очистке содержание азота и фосфора снижается на 8–10 %, а при биологической – на 35–50 % [13]. Глубокое удаление азота и фосфора из городских сточных вод становится неотъемлемой задачей на уже существующих сооружениях канализаций, поэтому сейчас во многих странах разрабатываются методы по удалению биогенных элементов на уже используемых сооружениях.

Реконструкция таких сооружений, в частности аэротенков, выгодна и в экономическом плане, т. к. стоимость доочистки 1 м3 сточных вод на дополнительных сооружениях очистки в 1,5–2 раза выше, чем сама очистка, а удельные затраты на удаление массы загрязнений возрастают в 20–50 раз. Поэтому первым шагом к выполнению программы по удалению биогенных элементов из стоков является реконструкция аэротенков с оборудованием необходимых сооружений.

Осуществление реконструкции и технического перевооружения сооружений по очистке производственных и городских сточных вод – одна из наиболее сложных инженерных задач, направленная на улучшение экологической обстановки в различных регионах Беларуси и охрану водоемов от загрязнения и истощения [8].

Одним из  перспективных методов удаления микроводорослей является механическая ситовая микрофильтрация. Перед поступлением на  очистные сооружения вода проходит через фильтры, на которых задерживается большая часть фитопланктона. Оставшееся количество удаляется на основных этапах водоподготовки. Такой подход позволяет максимально эффективно и с минимальными затратами снижать количество фитопланктона в питьевой воде[6].

Автоматизированные установки микрофильтрации характеризуются высокой производительностью, повышенной грязеемкостью, надежностью и  экономичностью (количество промывной воды составляет 1–3  % от  объема фильтрата).

Последнее время появилось новое направление в  дисковой фильтрации  – использование ворсо-волоконной ткани с  объемным принципом фильтрования: микроволокна фильтроткани, расположенные определенным образом, под действием напора воды плотно прижимаются, создавая мелкие поры, позволяющие удерживать взвесь. В объемном фильтровании взвесь удерживается не только на поверхности фильтра как при плоском фильтровании, но и в его объеме, увеличивая эффективность задержания взвеси.

Принцип объемного фильтрования реализован в  фильтровальных установках, предлагаемых компаниями Nordic Water Products AB  (Швеция), Huber Technology (Германия), Mecana  Umwelttechnik GmbH (Швейцария).

Самыми мелкими по  размеру клеток являются сине-зеленые водоросли. Эффективность их удаления в испытаниях установки была низкая и составила 10–28 %. У преобладающего в воде во время испытаний установки вида Aphanizomenon flosaquae Ralfs ex Bornet & Flahault клетки цилиндрические размерами в длину 4–12,1 мкм и в ширину 3,6–5,6  мкм, объединены в  трихомы, которые заканчиваются более узкими, чем посередине, но  не  волосковидно-заостренными клетками. Толщина трихома до  5  мкм, длина может достигать 100 мкм. Акинеты (покоящиеся споры) могут достигать 80 мкм в длину (в среднем 30–62 мкм), шириной 5,2–7,5  мкм. Гетероцисты (утолщенные клетки, где происходит фиксация атмосферного азота) имеют размеры в  длину 6,6–8,5 и в ширину 5–8,5 мкм [3, 4, 5].

В поверхностных водах данный вид вегетирует в форме прямых, редко  – слегка изогнутых неразветвлённых нитей длиной преимущественно от 35 до 250 мкм. После прохождения насосов I-го подъёма длинные нити частично дробятся на нити меньшей длины [1].

По оценкам зарубежных авторов, при этом короткие нити могут легко проходить через поры фильтроткани, а  длинные нити – нет. Во  время помывки фильтрополотна вакуумный насос оттягивает ворсистую часть полотна от основы ткани, в результате чего происходит увеличение размера пор объемного слоя фильтрования и  резкое увеличение потока через микрофильтр вследствие создания разрежения внутри фильтровального барабана при промывке [6].

Так как помывка фильтрополотна проходит без остановки фильтрации, то в  увеличенные поры просачивается вода и возможно ухудшение качества фильтрации, длящееся до тех пор, пока под давлением воды ворсистая часть полотна снова плотно не  приляжет к  основе ткани, и не образуются маленькие поры в объеме фильтрующего слоя.

Важно было понять, насколько будет происходить во  время промывки увеличение в  отфильтрованной воде мутности и  количества клеток фитопланктона [12]. Для выяснения наличия проскока по мутности и фитопланктону во  время помывки проводились отборы проб профильтрованной воды сразу после включения насоса помывки, в  конце помывки и через несколько минут после окончания промывки [9].

Учеными было показано, что проскок возникает сразу после окончания помывки, достигает максимума к  5  минутам после промывки (увеличение мутности в 2–3 раза до 4,8 мг/мл, увеличение количества фитопланктона в 2,5–3,3 раза до 40 000 кл/мл), затем начинает спадать. Через 10  минут после промывки мутность стала ниже в 1,2 раза по сравнению с максимальным значением, количество фитопланктона  – в  1,7  раза.

Некоторая инерционность процесса нарастания концентрации загрязнений связана с замещением чистого фильтрата в фильтровальном барабане. В  связи с тем, что фильтроцикл составляет 24 часа, проскок в течение 10 минут за цикл не будет оказывать значимого влияния на эффективность очистки. Зависимость эффективности фильтрации от  точки фильтроцикла (начало, середина, конец) выявить не  удалось. Не  было выявлено четкой зависимости между содержанием фитопланктона и временем отбора образцов как внутри одного фильтроцикла, так и  между различными фильтроциклами.

Эффективность оставалась на  уровне 20–30 %. В  связи с  тем, что во  время испытаний в  воде была достаточно низкая концентрация фитопланктона, оценить эффективность работы установки на  цветущей воде с высоким содержанием водорослей не удалось. Предположительно при высоких концентрациях фитопланктона эффективность удаления клеток водорослей может повышаться за  счет создания более плотного фильтрующего слоя в  объеме фитльтрополотна.

Результаты исследований показали, что микрофильтрация на дисковых фильтрах с тканевым фильтрополотном (ворсом) может быть перспективным методом снижения фитопланктона (до  50  %) из  маломутных эвтрофицированных вод [5].

Необходимо отметить и такой аспект влияния сточных вод, как разбавление водных масс реки, что приводит к существенному снижению численности фитопланктона ниже выпусков станций аэрации и влияет на репрезентативность результатов.

Помимо этого, при расчете индекса сапробности фигурирует такая характеристика вида, как сапробное значение организма-сапробионта (si), отражающая толерантность вида к органическому загрязнению [2]. Однако, как для биоценозов, так и для отдельных представителей биоты, характерна адаптация к химическим нагрузкам и загрязнению, вследствие чего величина si может изменяться со временем в условиях различных концентраций загрязняющих веществ.

Все это требует осторожной интерпретации результатов оценки качества воды по индексу Пантле и Букка в модификации Сладечека в условиях городских водотоков.

Выводы:

1. Воды высокоурбанизированных территорий представляют собой сложную многофакторную систему, в которой развитие фитопланктона резко отличается от его развития в реках, не испытывающих значительного антропогенного воздействия, выражающегося в

- изменении температуры воды под воздействием теплых городских стоков;

- разбавлении вод реки сточными водами станций аэрации, что понижает значения численности и биомассы фитопланктона;

- внесении в реку больших объемов сточных вод, богатых биогенными элементами, с очистных сооружений городов;

- воздействии различных загрязняющих веществ, поступающих с промышленно-ливневыми стоками, и нередко отличающихся высокой токсичностью; - поступлении значительных объемов органических веществ и минеральных форм биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий и животноводческих комплексов;

- зарегулированности стока реки гидротехническими сооружениями, что значительно снижает скорость течения и повышает неравномерность расхода воды в реке.

Все это сказывается на структуре планктонной альгофлоры рек высокоурбанизированных территорий и возможности ее использования в гидробиологическом мониторинге рек такого типа.

2. Для более эффективного использования фитопланктонного сообщества необходимо проведение ряда дополнительных исследований. Вопервых, изучение механизмов адаптации водорослей к многокомпонентному загрязнению с целью выявления пределов их толерантности.

Во-вторых, исследование возможности модификации индекса Пантле и Букка с целью повышения его эффективности при высокой степени неоднородности среды и разнокачественности загрязнения.

В-третьих, для данных условий желательна разработка других, более чувствительных индексов оценки качества воды по сообществу фитопланктона, учитывающих региональные особенности речного бассейна и уровень социально-экономического развития населенных пунктов, расположенных на водосборной площади.

1. 
   Application of autothermal thermophilic aerobic digestion as a sustainable recycling process of organic liquid waste: Recent advances and prospects / M. Zhang, Y. Tashiro, N. Ishida, K. Sakai // Science of the Total Environment. 2022, July 1. Vol. 828. 154187. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154187.
   
2. 
   Comprehensive recycling of fresh municipal sewage sludge to fertilize garden plants and achieve low carbon emission: A pilot study / X. Lin, C. Chen, H. Li, L. Hei, L. Zeng, Z. Wei, Y. Chen, Q.-T. Wu // Frontiers in Environmental Science. 2022. Vol. 10. 1023356. DOI: 10.3389/fenvs.2022.1023356.
   
3. 
   Bellinger, E.G. Freshwater Algae. Identification and Use as Bioindicators / E.G. Bellinger, D.C. Sigee. – Oxford: Wiley-Blackwell, 2010. 271 p.
   
4. 
   Charles B. Bott. Optimization of intermittent aeration for increased Nitrogen Removal Efficiency And Improved Settling // Thesis submitted to the faculty Of the Virginia Polytechnic Institute and State University In partial fulfillment of the requirements for the degree of / Gregory D. Boardman, John T. Novak - Blacksburg, Virginia, 2014-06-23. - 198 c.
   
5. 
   Hui Seong Ryu, Ra Young Shin, Jung Ho Lee. Morphology and taxonomy of the Aphanizomenon spp. (Cyanophyceae) and related species in the Nakdong River, South Korea, Journal of Ecology and Environment volume 41, Article number: 6 (2017).
   
6. 
   Koshiba K. Japanese municipalities targeting energy self-sufficiency at sewage treatment plants [Electronic resource] // JFS Newsletter. 2008, July. № 71. URL: https:japanfs.org/ en/news/archives/news_id027853.html (date of access: 22.02.2023).
   
7. 
   Lofgren K. South Korean researchers create clean biodiesel from sewage sludge [Electronic resource]. 2012. URL: https:inhabitat.com/south-korean-researchers-create-cleanbiodiesel-from-sewage-sludge/ (date of access: 22.02.2023).
   
8. 
   Sanitation and Sustainable Development in Japan. Mandaluyong City, Philippines: Asian Development Bank, 2016. 54 р.
   
9. 
   Sathasivan A.. Biological phosphorus removal processes for wastewater treatment. Department of Civil and Construction Engineering, Curtin University of Technology, Perth WA 6845, Australia.
   
10. 
    Sládeček, V. System of water quality from the biological point of view // Archiv für Hydrobiologie. Spec. Issues: Advances in Limnology. 1973. Vol. 7. P. 1-218.
    
11. 
    Sustainable sewage sludge management: from current practices to emerging nutrient recovery technologies / S. Shaddel, H. Bakhtiary-Davijany, C. Kabbe, F. Dadgar, S. W. Østerhus // Sustainability. 2019. Vol. 11, iss. 2. Р. 34–35. DOI: 10.3390/su11123435
    
12. 
    Takahashi, M. Multi-regression analysis of Microcystis bloom with various environmental parameters in eutrophic Lake Kasumigaura, Japan / M. Takahashi, I. Nomura, M. Komatsu, S. Ishimura // Proceedings – International Association of Theoretical and Applied Limnology. 1981. Vol. 21, Pt. 1. P. 659-663.
    
13. 
    Седлухо, Ю. П. Экспериментальные исследования очистки сточных вод от биогенных элементов : сб. докл. междунар. научн.-практ. конф. 15 декабря 2006 г. / Ю. П. Седлухо, Т. С. Куприянчик. – Кишинев, 2006. – 233 с