Содержание к диссертации
1. Состояние проблемы охраны водных объектов от загрязнения
нефтепродуктами, поступающими с сосредоточенным стоком 9
Нефтепродукты - широкая группа загрязнителей водной среды ... .9
Методы защиты водных объектов от загрязнения нефтепродуктами 9
Поступление и распределение нефтепродуктов в водных объе ктах 12
Процессы самоочищения водной массы от нефтепродуктов и необходимость их интенсификации 13
2. Выбор биологической загрузки для сооружения биоокисления
нефтепродуктов 28
Исследование морфологических характеристик субстратов 30
Динамика формирования прикрепленной и рассеянной микрофлоры 38
Динамика формирования бактериоценозов донных отложений 47
Динамика структуры бактериальной микрофлоры БИС 50
Влияние химического состава сточных вод на формирование биомассы и структуру биологической загрузки БИС 54
Влияние морфометрических характеристик и гидравлики потока на формирование биомассы и структуру биологической загрузки БИС 59
3. Исследование процессов трансформации нефтепродуктов в непроточных
системах 68
3.1. Исследование динамики процессов самоочищения водных масс от
нефтепродуктов 69
3.1.1. Исследование динамики трансформации нефтепродуктов
биоценозом загрузки из воздушно-водной растительности 70
Исследование динамики трансформации нефтепродуктов биоценозом загрузки погруженной высшей водной растительности 78
Исследование динамики трансформации нефтепродуктов биоценозом загрузки из инертного материала 82
3.2. Исследование процессов динамики трансформации нефтепродуктов
в условиях вторичного загрязнения воды 93
4. Исследование динамики процессов трансформации нефтепродуктов в
проточных системах 99
4.1. Исследование динамики процессов самоочищения водных масс от
нефтепродуктов в БИС 101
Исследование процессов трансформации нефтепродуктов в БИС с загрузкой из воздушно-водной растительности 101
Исследование процессов трансформации нефтепродуктов в БИС с загрузкой из погруженной ВВР 114
4.2. Исследование процессов трансформации нефтепродуктов в
водотоках 119
5. Технология организации и использования БИС для охраны водных
объектов от загрязнения нефтепродуктами 124
5.1. Организация и использование БИС для доочистки от
нефтепродуктов промышленного и смешанного стока 124
Формирование биологической загрузки 126
Расчет гидравлических параметров сооружений БИС 129
Расчет гидрохимических параметров БИС 133
Разработка технологической схемы 137
5.2. Технология организации и использования БИС для доочистки
сточных вод, несущего тепловое загрязнение 141
Формирование биологической загрузки БИС 142
Расчет гидравлических параметров БИС 144
Расчет гидрохимических параметров БИС 147
Разработка технологической схемы БИС 148
5.3. Эколого-экономическая оценка эффективности БИС в охране
водных объектов от загрязнения нефтепродуктами 150
Заключение 155
Список использованных источников
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ввиду широкого применения углеводородов и их производных в промышленности, транспорте и бытовых условиях создается значительная угроза попадания нефтепродуктов в водные объекты с недостаточно очищенными сточными водами, при аварийных ситуациях, десорбции из загрязненных грунтов и талым стоком, контакте с загрязненной атмосферой.
Причина загрязнения поверхностных вод нефтепродуктами в большинстве случаев заключается в нарушении правил обращения с нефтепродуктами, в отсутствии мер и специальных средств по предотвращению их случайных и неслучайных утечек и разливов.
Для большинства производственных объектов продолжают оставаться весьма актуальными проблемами: загрязнение производственных территорий нефтепродуктами, а также высокое содержание последних в прошедших очистку сточных водах.
Современными требованиями к качеству очистки сточных вод от нефтепродуктов установлено доведение их содержания до уровня ПДК для рыбохозяйственных водоемов (0,05 мг/л) [1]. Это объясняется риском накопления ряда нефтепродуктов в пищевой цепи водного биоценоза с угрозой здоровью человека при употреблении некачественной рыбы, высокой токсичностью нефтепродуктов для организмов биоценоза, нарушением газообмена в водной массе, а также незначительной самоочищающей способностью водных масс от данных ингредиентов.
Решение проблемы доочистки сточных вод и доведения их до биологически полноценных возможно на основе использования биоинженерных систем, позволяющих вовлекать загрязняющие вещества в биогеохимический цикл, представляя источник энергии и пластического материала для ряда живых организмов, при этом нефтепродукты разлагаются до безвредных для б йоты компонентов: углекислого газа и воды.
6 В связи с несовершенством существующих технологий и способов доочистки сточных вод сосредоточенных выпусков от нефтепродуктов, существует необходимость разработки технологии, использование которой позволит выполнять водоохранные функции вследствие биоокисления нефтепродуктов в сооружениях, расположенных до поступления стока в водный объект. Таким требованиям может соответствовать технология по использованию биоинженерных систем (БИС), включающих сооружения с различными видами биологической загрузки. Перспективность устройства таких БИС заключается не только в эффективной доочистке стока от нефтепродуктов путем биоокисления гетеротрофной микрофлорой, но и поглощении биогенов и металлов высшей водной растительностью (ВВР), а также возможности сокращения площадей, занимаемых существующими БИС с загрузкой из воздушно-водной растительности.
Объект исследований - биоинженерные системы доочистки сточных вод сосредоточенных выпусков.
Предмет исследований - процессы, происходящие при формировании гетеротрофной микрофлоры, и процессы трансформации нефтепродуктов под действием биологической загрузки БИС.
Целью диссертации является: разработка технологии организации и использования БИС для охраны водных объектов от загрязнения нефтепродуктами, поступающих со стоком сосредоточенных выпусков.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить влияние различных видов загрузки из ВВР и инертных
субстратов на динамику формирования гетеротрофной микрофлоры;
- изучить влияние гидравлических факторов на формирование загрузки
и бактериоценоза погруженной ВВР;
- изучить динамику процессов трансформации нефтепродуктов в
системах периодического и постоянного действия;
выполнить анализ эколого-экономической эффективности использования систем биоокисления нефтепродуктов в охране водных объектов от загрязнения.
Научная новизна исследований:
- впервые получены количественные зависимости формирования
гетеротрофной микрофлоры на различных субстратах;
впервые получены зависимости влияния гидравлических условий на формирование биомассы валлиснерии спиральной и численности бактериоценозов;
впервые получены зависимости динамики процессов трансформации нефтепродуктов с различными видами загрузки.
Методы исследования. В работе применен комплекс методов исследования, включающий: лабораторное и натурное моделирование, химический и микробиологический анализ воды, донных отложений, растительного материала; системный комплексный подход к анализу полученных автором и имеющихся в литературе материалов [2 — 20]. Для количественного описания экспериментальных данных использованы стандартные методы и пакет прикладных программ для ПЭВМ (Microsoft Excel, Mathcad PLUS 6.0).
На защиту выносятся:
критерии выбора биологической загрузки биоинженерной системы биоокисления нефтепродуктов;
параметры процессов трансформации нефтепродуктов в системах периодического и постоянного действия;
- технология организации и использования БИС для доочистки сточных
вод от нефтепродуктов.
Практическая значимость работы:
-разработана технология организации и использования БИС для охраны водных объектов от загрязнения нефтепродуктами, поступающими со стоком сосредоточенных выпусков;
- в результате анализа практического использования БИС доочистки
сточных вод от нефтепродуктов, основой биологической загрузки которых
является воздушно-водная растительность, обоснована эффективность
замены ее инертным субстратом и погруженной ВВР с круглогодичной
вегетацией;
-доказана возможность сокращения площадей БИС доочистки сточных вод сосредоточенных выпусков;
Реализация результатов работы.
- разработанная на основе результатов исследований технология
организации и использования БИС для охраны водных объектов от
загрязнения нефтепродуктами стока сосредоточенных выпусков внедрена в
форме рекомендаций по реорганизации БИС доочистки смешанных сточных
вод г.Полевского.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на VI Международной конференции «Акватерра» (Санкт-Петербург, 2001), III научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» (Екатеринбург, 2001), V Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва, 2002), IV Международной научно-практической конференции «Хозяйственно-питьевая и сточные воды...» (Пенза, 2002), Всероссийском научно-техническом семинаре «Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф» (Пенза, 2003).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня цитируемой литературы, включающего 100 источников. Диссертация изложена на 165 страницах, включает 28 таблиц и 30 рисунков.
