На правах рукописи
БОРИСОВА СВЕТЛАНА ДМИТРИЕВНА
ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛОДЕИ И РОГОЛИСТНИКА
03.02.08– Экология (в химии и нефтехимии)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Казань – 2011
Работа выполнена на кафедре «Водные биоресурсы и аквакультура» Казанского государственного энергетического университета
Научный руководитель: |
доктор биологических наук, профессор |
|
Калайда Марина Львовна |
Официальные оппоненты: |
доктор технических наук, профессор |
|
Красногорская Наталия Николаевна |
|
доктор технических наук, профессор |
|
Шарифуллин Вилен Насибович |
Ведущая организация: |
Институт проблем экологии и |
|
недропользования Академии наук |
|
Республики Татарстан, г.Казань |
Защита диссертации состоится «___» мая 2011 года в 14:00 часов на заседании совета Д 212.080.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого Совета (А-330).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.
Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технологического университета (www.kstu.ru).
Автореферат разослан «__»_______________2011 года
Ученый секретарь |
|
диссертационного совета |
А.С. Сироткин |
|
2 |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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
3
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 научнопрактической 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.),
4
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.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы
изадачи исследования. Приведены основные положения, выносимые на защиту.
Впервой главе дана общая характеристика высшей водной растительности как важного компонента водной экосистемы, проведен анализ биотехнологий очистки сточных вод с использованием высшей водной растительности, рассмотрен вопрос аккумуляции загрязняющих веществ высшими водными растениями, изучены современные способы утилизации биомассы водных растений.
Во второй главе описаны материалы и методы исследования.
Всего отобрано и обработано 60 образцов вод и 100 образцов водных растений. Экспериментальные исследования проводились с сентября 2004 года по 2009 год. Исследовались поверхностно-ливневые и производственные сточные воды химического предприятия оборонного профиля г. Казани и поверхностноливневой сток с территории ТЭЦ, входящей в состав химического предприятия. Эти воды после локальной обработки сбрасываются в старое русло р. Казанка, из которой насосной станцией перекачиваются в р. Волга. Для анализа химического состава сточных вод были отобраны пробы с четырех станций. Определение острого токсического действия вод до начала и в конце эксперимента проводилось методом биотестирования по стандартным методикам. В качестве тест-объектов были использованы зеленая протококковая водоросль хлорелла
(Chlorella vulgaris Beijer) и дафнии (Daphnia magna Straus). Химически
5