Введение к работе
Актуальность проблемы
Реки представляют биологическую роль, являсь носителем животной и растительной сообществ. К этим природным условиям добавились антропогенные особенности, такие как санитарная практическая деятельность (производство питьевой воды, отбор и отвод речной воды, сброс сточных вод), экономический фактор (орошение, промышленность рыборазведение, навигация) и курортная деятельность (купание, рыбалка).
Питательные вещества оказывают влияние на рост растительности как своей концентрацией, так и относительными пропорциями антропогенной активности, такими как сбросы в природные среды промышленных и хозяйственно-бытовых отходов, вызвали значительное увеличение содержаний азотных и фосфорных питательных веществ в водных средах, вызывая явления эвтрофикации.
Существенный вклад в развитие биологических методов обработки органосодержащих отходов при апробации морфологической и экологической оценки прогноза риска загрязнений малых и средних рек, а также системного решения санации водных потоков в зонах интенсивного хозяйственно-бытового и промышленного техногенного загрязнения, внесли: С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, И.В. Скирдов, И.Р. Смирнова, В.Г. Тюрин, И.И. Павлинова, В.И. Баженов, Ю.Ф. Эль, Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова, А.А. Денисов и другие.
Интегрированное решения проблемы представляется как необходимость ограничить негативные воздействия систем оздоровления принимаемых сред. Оно позволяет оптимизировать систему в фазе познания, так же как для его управления. Такое интегрирование требует хорошее знание о поведении каждой из подсистем, которые составляют совокупность: сеть, станция очистки и приемная среда, а также контроль границы контакта между представленными подсистемами. Среди переменных величин, обуславливающих интенсивность воздействия на воды малых и средних рек, являются органические вещества, связанные с различными участками.
Вследствие того, что имеющаяся научно-техническая информация по этому вопросу должным образом не систематизирована, научно обоснованные рекомендации по оформлению процессов модели оценочного прогноза различных классов разложения растворенного органического вещества вдоль технологической цепи позволяит создать методологию, при помощи которой возможно наблюдение и прогнозирование параметров характеристик водного потока.
Настоящая диссертация выполнялась в лабораторных условиях и на полупромышленных пилотных установках, смонтированных на действующих очистных сооружениях ряда промышленных объектов, в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ГНУ ВНИТИБП РАСХН в соответствии с планами фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК РФ на 2011-2015 годы (РК №02201158629; РК №01201169494) на базе отдела «Производственная санитария и охрана окружающей среды» ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности» Россельхозакадемии.
Цели и задачи исследования.
Целью настоящей работы являлась разработка системного решения прогнозирования ремедиации водных потоков малых и средних рек с помощью морфологической и экологической оценки прогноза риска в зонах хозяйственно-бытового и промышленного техногенного загрязнения.
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
- изучение процессов фотосинтеза бактериально-водорослевого фитопланктона в условиях изменения состава питательных веществ по растворенным и дисперсным органическим веществам и биогенным элементам – азоту и фосфору;
- разработать морфологическую и экологическую оценки прогноза риска загрязнений средних и малых рек регионов подверженных антропогенному воздействию;
- разработать модель комбинированного технологического процесса биологического удаления фосфора и азота из сточных вод сооружений биологической очистки;
- разработка методов эффективной доочистки сточных вод от органических и минеральных загрязнений.
- разработать модель прогнозирования интегрированного управления всей системой: сети - станция очистки - река, для оценки деструкции органических веществ, растворенных в речных водных потоках;
Научная новизна.
Определены условия развития иммобилизованного и диспергированного биоценоза малых рек по биохимическим характеристикам: параметрам беззольного вещества, хлорофилла а, индексу удельной чувствительности, N-гетеротрофному питанию.
Установлено качественное и количественное описание роста биопленки в верховье и низовье рек.
Разработана модель технологического процесса биологической очистки сточных вод от растворенных органических соединений, азота и фосфора, позволяющая прогнозировать степень удаления биогенных элементов перед сбросов в водные потоки рек.
Разработана модель ремидиации водного потока реки на основе модульной схемы, описывающей процессы биоразложения органического вещества, позволяющая осуществить прогнозировать интегрированное управление всей системой: сети - станция очистки - река, для оценки деструкции органических веществ, растворенных в речных водных потоках.
Меделирующими элементами являются: растворенный кислород, отношение БПК/ХПК, биогенные элементы азот и фосфор, температура, микроорганизмы.
Предложен оценочный метод разложения растворенного органического вещества в образцах, отобранных вдоль технологической цепи: сети - станция очистки – река.
Практическая значимость.
Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований биологических систем малых и средних рек и позволяют с высокой степенью надежности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при моделировании прогнозов загрязнения и создания комплексной систем биологической ремедиации водных потоков. с учетом особенностей конкретных видов сточных вод и конструктивно-технологических характеристик систем их биологической очистки и доочистки.
Апробация работы.
На основании проведенных исследований разработаны:
Методические положения Моделирование процессов массопередачи кислорода и усвоение субстрата в барботажных реакторах с иммобилизованной биопленкой. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 14.04.2011г.)
Методические положения «Морфологическая и экологическая оценка прогноза риска загрязнений рек регионов функционирования предприятий АПК» (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.)
Методическое руководство прогноза степени доочистки сточных вод и выходу массы фитопланктона из биологических прудов объектов очистных сооружений предприятий АПК на этапах глубокой доочистки и обеззараживания жидких стоков. (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 21.10.2010г.)
Техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ: Очистка сточных вод с использованием иммобилизационно-фильтрующих систем, повышающих надежность и производительность функционирования очистных сооружений предприятий АПК». (Утв. Отделением ветеринарной медицины РАСХН 09.11.2012г.).
Результаты и материалы выполненной работы использованы ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» г.Москва при проведении проектно-конструкторских работ по реконструкции сооружений биологической очистки ЗАО «Челныводоканал», 2012г.; ОАО «ВОДОКАНАЛ» Тюменская обл. г. Ишим при проведении проектных работ по реконструкции очистки сточных вод ОАО Водоканал г. Ишим; МУП МО Московская обл. Истринский р-н «Павло-Слободское ремонтно-эксплуатационное предприятие жилищно-коммкнального хозяйства» при адаптации научно-исследовательской работы на в производственных условиях, 2012г; при апробации морфологической и экологической оценки прогноза риска загрязнений малых и средних рек регионов функционирования предприятий АПК и системного решения санации бассейнов малых и средних рек в зонах интенсивного хозяйственно-бытового и промышленного техногенного загрязнения.
Материалы диссертационной работы доложены на IV Моск. Межд. Конгр. «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, 2011. Межведомственный тематический научный сборник. Харьков. 2010, Международной научно-практической конференции «Научные основы производства и обеспечения качества биологических препаратов для АПК», Щелково. 2012.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 221 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков, 19 таблица, 7 приложения. Библиография включает 251 наименований, из которых 82 на иностранных языках.
Похожие диссертации на Системное решение ремедиации малых и средних рек в зонах техногенного загрязнения
