Введение к работе
Актуальность работы. В Водной стратегии России до 2020, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17 ноября 2009 г. № 1662-р, определены основные направления развития водохозяйственного комплекса, обеспечивающего устойчивое водопользование, охрану водных объектов и защиту от негативного воздействия вод. В качестве основной меры предусмотрено экономическое стимулирование сокращения сброса загрязнений в составе сточных вод, предполагающее усиление ответственности за сверхнормативные сбросы и поддержку внедрения современных отечественных промышленных технологий очистки.
Это особенно актуально в регионах, где сосредоточены водоемкие производства такие, как целлюлозно-бумажная промышленность.
Для производства 1 тонны беленой целлюлозы при использовании наилучших технологий расходуется 50 м3 воды и сбрасывается в водоемы до 25 кг трудноокисляемых органических веществ.
В Байкальском регионе сосредоточены наиболее крупные целлюлозно-бумажные предприятия России – Братский и Усть-Илимский лесопромышленные комплексы, которые ежегодно сбрасывают 308,48 млн. м3 сточных вод, из них недостаточно очищенных 298,43 млн. м3 и без очистки 15,05 млн. м3. Поэтому решение вопросов интенсификации биологической очистки от трудноокисляемых веществ крайне актуально.
Особенно остро эта проблема стоит в бассейне р. Ангары, качество воды каскада Ангарских водохранилищ ухудшается с каждым годом, поэтому необходимо предпринимать экономически реальные и экологически целесообразные действия, направленные на стабилизацию экологической обстановки в регионе.
Состояние проблемы. Среди множества методов очистки сточных вод наибольшее распространение получили биологические способы очистки с использованием активного ила и последующего его отделения. Однако эффективность очистки по трудноокисляемым – лигнинным веществам крайне низкая. Эти вещества в основном транзитом проходят через очистные сооружения, создавая в водоемах – водоприемниках сточных вод зоны вторичного загрязнения.
Существенный резерв интенсификации окислительной деструкции кроется в оптимизации условий проведения технологического процесса очистки.
Цель работы. Интенсификация биологической очистки сточных вод сульфатцеллюлозного производства и уменьшение экологической нагрузки на водоемы по трудноокисляемым веществам. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
1. Оценить экологическую нагрузку сульфатцеллюлозного производства на экосистемы водопремников сточных вод на примере Братского ЛПК (Филиал ОАО «Группа «Илим» в г. Братске), р. Вихоревой и Усть-Илимского водохранилища;
2. Изучить механизмы и закономерности деструкции трудноокисляемых веществ – компонентов сточных вод сульфатцеллюлозного производства и оптимизировать условия ее повышения путем иммобилизации микробоценозов;
3. Разработать и испытать конструкцию локального модуля, встраиваемого в действующие очистные сооружения, с целью повышения эффективности очистки по трудноокисляемым веществам.
Методы исследования. В работе для решения конкретных задач использовали комплексные физико-химические и гидробиологические методы исследования.
Математическая обработка экспериментальных результатов проведена с использованием прикладной программы Microsoft Exel.
Объекты исследования. Сточные воды сульфатцеллюлозного производства и состояние водных экосистем в районе сброса сточных вод.
Предмет исследования. Способы интенсификации очистки сточных вод сульфатцеллюлозного производства с использованием прикрепленной микрофлоры.
Научная новизна. В диссертационной работе получили дальнейшее развитие научные основы интенсификации очистки сточных вод путем применения прикрепленной микрофлоры, заключающиеся в выявлении, теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении роли окислительно-восстановительных ферментов в процессах обезвреживания сточных вод сульфатцеллюлозного производства, а также использование термодинамического показателя – эксэргии в качестве комплексного показателя оценки экологического состояния (КПОЭС) водоприемника сточных вод:
1. предложено использовать термодинамический показатель – эксэргию, в качестве комплексного показателя оценки экологического состояния (КПОЭС) реки – водоприемника сточных вод, выявлены наиболее загрязненные участки р. Вихоревой и Усть-Илимского водохранилища. Доказано, что структурная эксэргия наименьшая в точке выпуска сточных вод и пропорционально нарастает с удалением от него. Донные отложения в виде трудноокисляемых лигнинных веществ создают зоны вторичного загрязнения и резко ухудшают экологическую ситуацию в Усть-Вихоревском заливе;
2. впервые выполнено систематическое целенаправленное определение уровней активностей оксидоредуктаз активных илов по треку очистки сточных вод и установлены корреляционные зависимости между традиционными показателями очистки ХПК, БПК5, О2 и уровнями каталазной активности. Доказано, что неэффективно используется окислительный потенциал активных илов для деструкции лигнинных веществ;
3. определены условия интенсификации окислительной деструкции лигнинных веществ путем закрепления микрофлоры на субстрате, подобран наиболее эффективный материал для закрепления микроорганизмов и окислительно-востановительных эндоферментов на субстрате, найдены оптимальные технологические режимы и конструктивные характеристики осуществления процесса очистки сточных вод;
4. предложены оригинальные решения интенсификации биологической обработки сточных вод путем дополнительного введения во вторичные и горизонтальные отстойники плоской загрузки из капроновой сети, с закрепленными на ней пучками путанки.
Практическая значимость. Усовершенствована технологическая схема и разработана конструкция встраиваемого модуля для интенсификации процессов окислительной деструкции трудноокисляемых лигнинных веществ во вторичных и горизонтальных отстойниках.
Для повышения эффективности осветления сточных вод от взвешенных веществ, предложено использовать утяжелители (отходы хлорного производства). Предложенная модернизация очистных сооружений будет внедрена на очистных сооружениях БЛПК и экономическая эффективность от реализации технологии составит 2,844 млн. рублей.
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработка комплексного показателя оценки состояния экосистем антропогенно нагруженных водотоков;
-
Результаты экспериментальных исследований окислительного потенциала очистных сооружений по лигнинным веществам и оптимальные условия его повышения путем иммобилизации микробоценозов;
-
Конструкция встраиваемого модуля для интенсификации очистки сточных вод Братского ЛПК.
Реализация результатов работы:
Апробация работы: материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII, XIII, XIV Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием (г. Иркутск 2007 г., 2008 г., 2009 г.), Международном конгрессе «ВОДА: экология и технология» ЭКВАТЭК – 2006, ЭКВАТЭК – 2008 (г. Москва, 2006 г., 2008 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе» (г. Братск, 2007 г.), 13th World Lake Conference (Beijing, China, 2009).
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи, 8 тезисов докладов на конференциях, из них 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, перечня использованной литературы, включающего 109 источников. Диссертация изложена на 131 странице, включает 37 таблиц, 13 рисунков и приложения.
