Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время проблема сохранения и восстановления качества пресных вод особенно актуальна. К районам с повышенной экологической опасностью их загрязнения относится и Поволжский регион, где одним из развитых индустриальных центров является Республика Татарстан.
В условиях ограниченности водных ресурсов и ухудшения их качественного состояния при постоянном повышении требований контролирующих органов к качеству воды, очистка вод, используемых на производственных предприятиях, становится одним из основных критериев их работы.
Проблемы водопользования на предприятиях различных отраслей промышленности, в том числе и химических производствах, могут быть решены, в том числе, путем применения биогидроботанического метода на базе водоемов, расположенных вблизи предприятий.
Биогидроботанический способ, в котором основную функцию выполняет высшая водная растительность, находит все более широкое применение в очистке производственных сточных вод (Морозов, 2001; Стольберг, 2003; Садчиков, 2005; Гоготов, 2005).
Поскольку сточные воды часто характеризуются сложным химическим составом и повышенной кислотностью, выбор видов водной растительности является актуальным. Эта задача требует подбора видов макрофитов, эффективно удаляющих загрязняющие вещества в различных экологических условиях, способных выдерживать повышенную щелочность или кислотность промышленных стоков и сточных вод с территории химических и других предприятий.
Цель работы: исследование, анализ и применение биогидроботанического способа доочистки производственных сточных вод от неорганических веществ с использованием двух видов высших водных растений: элодеи канадской (Elodea canadiensis L.) и роголистника темно-зеленого (Ceratophyllum demersum L.).
Основные задачи исследования:
- провести анализ современного состояния вопроса по применению высшей водной растительности в очистке и доочистке сточных вод;
- изучить особенности изменения концентраций загрязняющих веществ (фосфатов, сульфатов, нитритов, нитратов, железа, меди, цинка, марганца, никеля) в производственных сточных водах в присутствии элодеи и роголистника;
- исследовать способность элодеи и роголистника к аккумуляции таких загрязняющих веществ как ионы железа, меди, цинка, марганца, никеля;
- получить исходные данные для разработки технологии доочистки производственных сточных вод с использованием элодеи канадской и роголистника темно-зеленого.
Научная новизна работы. Получены кинетические зависимости концентраций загрязняющих веществ в производственных сточных водах в процессе их доочистки с помощью элодеи и роголистника в условиях постоянной и изменяющейся нагрузки по фосфатам, сульфатам, нитритам, нитратам, железу, меди, цинку, марганцу и никелю.
Получены зависимости изменения концентрации тяжелых металлов (меди, цинка, железа, марганца, никеля) в фитомассе элодеи и роголистника от времени в процессе их культивирования в химически загрязненных водах.
Построена математическая модель доочистки сточных вод с помощью элодеи и роголистника.
На основе полученных экспериментальных данных расчетным путем определены значения коэффициентов диффузии тяжелых металлов из воды в водные растения.
Практическая значимость работы. Получены исходные данные для разработки технологии доочистки сточных вод химического предприятия от неорганических веществ с помощью элодеи и роголистника. Определено качество исходной сточной воды предприятий для ее последующей доочистки до заданных значений нормативных показателей.
Разработана компьютерная программа моделирования работы водоочистного сооружения с использованием высшей водной растительности «CLEANING», которая позволяет моделировать процесс доочистки загрязненных вод до нормативных значений и объемы водной растительности для последующей утилизации; рассчитать объем очистного сооружения и его загрузки; анализировать работу очистного сооружения во времени с учетом периодической замены растительной массы; разрабатывать оптимальные технологические схемы очистки вод; оценивать эффективность очистки («самоочистки») водными растениями в естественных проточных водоемах; анализировать работу водоочистного сооружения с загрузками любой природы при известных эквивалентных параметрах загрузки.
Даны рекомендации по утилизации биомассы водной растительности, образующейся при ее использовании в доочистке вод.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Научной студенческой конференции, посвященной «Дню энергетика» (Казань, декабрь 2004г.), Международной конференции «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, сентябрь 2005г.), VI Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, октябрь 2005г.), IX аспирантско – магистерском научном семинаре КГЭУ (Казань, декабрь 2005г.), 1-ой Всероссийской научной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» (Казань, март 2006), VI Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, ноябрь 2005г.), VII Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, декабрь 2006г.), X аспирантско– магистерском научном семинаре КГЭУ (Казань, апрель 2006г.), VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, апрель 2007г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы патологии, иммунологии и охраны здоровья рыб и других гидробионтов – 2» (Борок, июль 2007г.), XI аспирантско – магистерском научном семинаре КГЭУ (Казань, ноябрь 2007г.), II молодежной Международной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, декабрь, 2007г.), VII республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, декабрь, 2007г.), III-й и IV-й молодежных Международных научных конференциях «Тинчуринские чтения», посвященной 40-летию КГЭУ (Казань, апрель 2008, 2009), Международной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной выдающимся педагогам Петровской академии (Москва, июнь 2008г.).
Разработанный способ биогидроботанической доочистки сточных вод был представлен на IV международной конференции «Инновации в науке и образовании-2006» (Калининград, октябрь 2006).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 статьях в научных журналах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, а также 11 тезисах докладов на конференциях различного уровня. Получено свидетельство РФ о регистрации компьютерной программы моделирования процесса очистки вод с помощью водных растений.
Личный вклад автора в работу состоит в непосредственном участии на всех этапах работы и обсуждения полученных результатов, подборе методик, написании статей и тезисов.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и 2 приложений. Содержит 151 страницу, 84 рисунка, 10 таблиц. Список литературы включает 230 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
