Введение к работе
Актуальность работы обусловлена необходимостью стабилизации и улучшения качества вод природных водных объектов за счет снижения на них антропогенной нагрузки, в том числе уменьшения загрязнений, поступающих со сточными водами, прошедшими очистку на очистных сооружениях.
Особенно остро стоит этот вопрос в регионах с резко континентальным климатом. В таких регионах из-за особенностей природно-климатических условий водные источники отличаются особой уязвимостью. В значительные по длительности периоды года состояние водных объектов в ряде случаев полностью определяется качеством сбрасываемых сточных вод.
Коммунально-бытовые сточные воды в настоящее время, как правило, очищаются методом биологической очистки. При этом не делается поправки в принципиальной схеме на различие в температурном режиме регионов с различными климатическими условиями, хотя общеизвестно, что на устойчивость и эффективность работы станций биологической очистки существенное влияние оказывает температура. Имеется незначительное число данных об эксплуатации сооружений биохимической очистки в холодных регионах. Для регионов с резко континентальным климатом таких данных почти нет.
В технологической схеме сооружений биологической очистки существует проблема адвективного выноса активного ила, обусловленная его недостаточной седиментационной способностью. В регионах с резко континентальным климатом ситуация усугубляется и становится критической для водотоков - приемников стоков в периоды низких температур и ее резких суточных колебаний.
При биологической очистке сточных вод в результате жизнедеятельности бактерий сточная вода очищается от исходных органических примесей, доступных бактериям для усвоения, но при этом происходит загрязнение стока частицами ила с плохими седиментационными свойствами, содержа-
4 щими органические и неорганические метаболиты, что ведет к загрязнению водных объектов биоорганическим материалом.
Решение проблемы улучшения качества природных вод в районах с резко континентальным климатом должно учитывать особенности образования и функционирования биоценоза экологической системы активного ила, связанные с природно-климатическим температурным режимом.
Таким образом, научное обоснование и разработка эффективных методов снижения эффекта внешней нагрузки по биоорганическому материалу на водотоки, принимающие биохимически очищенные сточные воды в районах с резко континентальным климатом, являются актуальными.
Объектом исследования является водохозяйственный комплекс, включающий сооружения биологической очистки городских сточных вод, загрязненных частицами активного ила, и реку - приемник.
Предмет исследования - методы минимизации адвективного выноса активного ила в водоток - приемник, в том числе, флокуляция полиэлектролитами биологической системы, представленной зооглейно-мицеллярным конгломератом микроорганизмов активного ила с плохими седиментацион-ными свойствами, адвективно выносимого с очистных сооружений биологической очистки в водные объекты в холодное время года и в периоды смены сезонов.
Идея работы: использование способа интенсификации седиментаци-онной способности активного ила, представленного микроорганизмами с преобладающим конструктивным обменом, ингибирования их прироста в холодное время года на сооружениях биологической очистки для повышения качества вод природных водных объектов в регионах с резко континентальным климатом.
Целью исследования является научное обоснование наиболее эффективного метода улучшения седиментационных свойств адвективно выносимого с очистных сооружений в водные объекты активного ила в условиях
резко континентального климата для улучшения качественных показателей вод водных источников.
Основные задачи исследования:
Проанализировать современные способы доочистки биологически очищенных сточных вод с позиций технологической и эколого-экономической эффективности в суровых климатических условиях.
Оценить возможности биологической очистки в регионах с резко континентальным климатом.
Обосновать эффективность применения конкретных способов до-очистки стоков в районах с длительным холодным периодом.
Экспериментально обосновать выбор эффективных режимов агрегирования частиц зооглейно-мицеллярных агрегатов активного ила.
На основании исследования усовершенствовать типовую схему биологической очистки сточных вод для регионов с резко континентальным климатом.
Методологической базой исследования в области биохимической очистки сточных вод в суровых климатических условиях послужили работы Быковой СП., Ливке В.А., Поповой Г.П., Поклонского И.К. и др., в области механизма флокуляции работы Борца М.А., Вейцера Ю.И., Карасева К.И., Кульского Л.А., Ла Мера В.К., Мязина В.П., Неберы В.П., Фоши СВ. и др.
Методы исследования. При использовании комплексного подхода в работе применен общелогический структурно-функциональный метод системного анализа, методы эмпирического исследования: эксперимент, наблюдение, сравнение, описание, измерение; методы теоретического исследования: гипотетико-дедуктивный метод, метод восхождения от абстрактного к конкретному; статистические методы, метод обобщений.
В экспериментальных исследованиях применены методы: микроскопический, фотометрический, метод обработки данных наблюдений с использованием математической статистики. В работе использованы методические
6 рекомендации по проведению оперативного гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки.
Положения, выносимые на защиту.
Работа очистных сооружений биологической очистки в условиях резко континентального климата отличается цикличностью, не зависящей от технологического процесса, ввиду чего в весенне-осенние сезоны необходимо применять меры по перманентной минимизации поступления активного ила в водные объекты - приемники стоков.
Защита водотоков от выноса активного ила в условиях резко континентального климата наиболее эффективна с использованием флокулянтов, а выбор типа электролита основан на максимальной эффективности и оптимальном расходе флокулянта для интенсификации седиментационной способности адвективно выносимого активного ила.
Предложенная основа усовершенствованной технологической схемы биологической очистки стоков для условий резко континентального климата базируется на подаче эффективной смеси флокулянтов на входе во вторичные отстойники и подаче обработанного флокулянтом ила в «голову» сооружений.
Достоверность научных положении подтверждена использованием стандартных методик, выполнением аналитических работ в лаборатории, имеющей государственную аттестацию; установлением качественной и количественной сходимости расчетных характеристик с имеющимися материалами стационарных наблюдений, удовлетворительной сходимостью лабораторных и натурных исследований при доверительной вероятности не менее 95 %.
Личный вклад автора состоит: в анализе и оценке возможности применения современных методов доочистки сточных вод в районах с суровыми природно-климатическими условиями; выявлении цикличности в работе очистных сооружений биологической очистки в регионах с резкоконтинентальным климатом; проведении экспериментальных исследований
7 флокуляции биологической дисперсной системы, представленной зооглейно-мицеллярными конгломератами психрофильной микрофлоры хлопка активного ила полиэлектролитами, определение их эффективных видов и доз; математической обработке данных и установлении вида зависимости между скоростью уплотнения иловой жидкости, коэффициентом пропускания нади-ловой жидкости и расходом эффективных флокулянтов; предложенном усовершенствовании технологической схемы действующих очистных сооружений биологической очистки для минимизации сбрасываемых загрязнений в водные объекты с целью улучшения их качественных показателей в районах с резко континентальным климатом.
Научная новизна: выявлена цикличность в работе сооружений биологической очистки сточных вод в регионах с резко-континентальным климатом; предложено и научно обосновано применение флокулянтов и оптимальные режимы по их расходам в схеме биохимической очистки в вышеуказанных регионах; предложен метод прерывания запуска действия механизма процесса естественного ухудшения седиментационных свойств активного ила.
Практическая значимость исследования заключается в: а) улучшении качества вод водных объектов регионов с резко континентальным климатом за счет интенсификации седиментационной способности активного ила; б) интенсификации гравитационной коагуляции в первичных отстойниках за счет использования предложенного метода в стандартной схеме биологической очистки; в) возможности ингибирования конструктивного обмена микроорганизмов в зимнее время за счет предложенного способа; г) рекомендациях по применению флокулянтов на очистных сооружениях биологической очистки в районах с резко континентальным климатом в периоды повышенного адвективного выноса активного ила.
Результаты исследований используются при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам "Химия и микробиология воды", "Улучшение качества вод" в ЧитГУ. Внедрение и использование ре-
s зультатов диссертационных исследований в производстве и в учебном процессе подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на 6 и 7 Всероссийских научно-практических конференциях «Кулагинские чтения в 2006, 2007 годах, на 9-ом международном симпозиуме «Чистая вода России-2007», ежегодных научно-практических конференциях ЧитГУ и научных семинарах кафедры ВХИЭ в 2005- 2009г.г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в 9 работах, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК для публикации кандидатских и докторских диссертаций. По результатам исследования подана заявка на выдачу патента на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 150 наименований. Работа изложена на 150 страницах, включая 12 таблиц, 21 рисунок, 3 приложения на 4 страницах.
