Котельчук Обгрунтування технології підготовки господарсько-побутових стічних вод для використання їх в системах зрошення

summary

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, розкрито актуальність проблеми доочищення господарсько-побутових стічних вод з метою запобігання забрудненню природних водних джерел та створення можливостей їх використання в системах зрошення, сформульовано мету і визначено задачі досліджень, висвітлено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі виконано аналіз сучасного стану питань використання стічних вод в сільському господарстві та відмічено, що оскільки Україна належить до малозабезпечених водою країн Європи, то економне і раціональне використання води в усіх сферах економіки, в тому числі і очищених стічних вод для зрошення сільгоспкультур, має велике народногосподарське значення. Досліджувані стічні води мають високу удобрювальну цінність, оскільки в них міститься велика кількість калію і азоту. Але при використанні таких вод для зрошення необхідно враховувати гранично допустиму концентрацію в них основних забруднюючих речовин з урахуванням типу ґрунтів.

В останні роки характерним для досліджень є комплексність підходу до вирішення задач оптимізації водогосподарських систем, раціонального та економного використання в них водних ресурсів, застосування ресурсозберігаючих технологій. До таких робіт слід віднести дослідження П.І.Коваленка, М.І.Ромащенка, Ю.О.Михайлова, П.І.Ковальчука, Ю.І.Гриня, А.В.Яцика, О.Я.Олійника, І.І.Науменка, А.М.Рокочинського, М.Г.Пивовара, М.О.Лазарчука, В.Д.Дупляка, В.А.Сташука та ін.

Великий вклад у розв'язання проблеми використання стічних вод в системах зрошення та технічного водопостачання внесли такі вчені: С.В.Яковлєв, І.В.Прозоров, Є.М.Іванов, І.Г.Губій, Б.Б.Шумаков, Г.Н.Мякотін, М.А.Романенко, М.С.Григоров, В.С.Розуваєв, А.В.Чеботарьов, Т.М.Хруслова, Ю.Г.Безкровний, В.Є.Дишлюк, Т.Л.Сало, А.В.Чорнокозинський та ін.

Незважаючи на істотне скорочення водоспоживання, якість водних ресурсів в останні роки невпинно погіршується. Дуже небезпечним для довкілля є те, що в останні роки зростають не тільки рівні забруднення скидів стічних вод, а й обсяги скидів стічних вод, які взагалі не очищаються. Для порівняння, якщо в 1990 році скид неочищених стічних вод становив 470 млн.м³, то у 2006 році  вже 1427 млн.м³, або майже в 3 рази більше і це в умовах скорочення водоспоживання.

Якість води після біохімічного очищення, яку скидають у поверхневі водойми або використовують на промислових підприємствах, у багатьох випадках не відповідає поставленим вимогам по вмісту механічних, органічних та хімічних домішок.

При зрошенні стічними водами санітарно-екологічним показником забруднення ґрунту і гальмування процесів мінералізації є високий вміст органічного вуглецю, органічного азоту при відсутності аміаку. На самоочищаючу здатність ґрунту значно впливає такий показник стічних вод як хімічне споживання кисню (ХСК). Для зниження величини ХСК у стічних водах необхідно виконувати їх доочищення біологічними методами.

Придатність стічних вод для зрошення визначається складом інгредієнтів, їх концентрацією і співвідношенням, генетичними особливостями ґрунту та біологічними характеристиками сільськогосподарських культур. Для попередньої оцінки можливого використання для зрошення стічних вод слід застосовувати [88] класичні методи: Можейко А.М. та Воротника Т.К., Буданова М.Ф., Департаменту сільського господарства США, Антипова-Каратаєва та інші. Очищені стічні води повинні бути знезаражені.  

У другому розділі виконано аналіз технологій доочищення господарсько-побутових стічних вод і конструкцій водоочисних установок.

Для доочищення стічних вод з метою їх подальшого використання в системах зрошення необхідно використовувати такі споруди і установки, які не вимагають великого тиску води, дешеві у будівництві та прості і надійні в експлуатації. До таких споруд у першу чергу відносяться мікрофільтри та самопливні фільтри із зернистим завантаженням. У роботах відомих дослідників Д.М.Мінца, В.А.Клячко, Ю.М.Шехтмана, О.Я.Олійника, С.В.Шуберта, М.Г.Журби, С.С.Душкіна, М.М.Гіроля, П.О.Грабовського, В.О.Терновцева, В.О.Орлова, П.Д.Хоружого, К.Айвеса, В.Мацкле, Т.Івасакі, Р.Еліасена та ін. розглянуто різні питання процесів очищення води фільтруванням.

Аналіз роботи фільтрів з важким зернистим завантаженням і низхідним рухом води показав, що при доочищенні стічних вод вони мають підвищений темп приросту втрат напору в завантаженні, а отже, невелику брудомісткість та складність їх регенерації з великими витратами енергії.

Інтенсифікувати процес доочищення стічних вод фільтруванням можливо шляхом застосування ефективних фільтрувальних матеріалів з розвинутою поверхнею фільтрувальних елементів, які здатні взаємодіяти зі стічною водою, затримуючи домішки без застосування реагентів, а також забезпечувати можливість регенерації їх вихідною водою при зменшенні енерго- і трудовитрат. До таких фільтрувальних елементів належать волокнисті синтетичні матеріали, що мають високу питому поверхню та характеризуються еластичністю, високою міцністю та стійкістю до гідромеханічних навантажень і легкі плаваючі матеріали (пінополістирол, подрібнений пінопласт тощо). Такі фільтри мають значно більшу швидкість фільтрування води та тривалість фільтроциклу, меншу тривалість промивки та менші питомі капітальні і експлуатаційні витрати.

За останній час поширення набув біосорбційний метод доочищення стічних вод. Значний внесок у розробку і застосування цього методу зробили вчені: С.В.Яковлєв, В.Н.Швецов, П.І.Гвоздяк, Л.І.Глоба, О.Я.Олійник, М.Г.Журба, М.М.Гіроль, М.І.Кошель, Ю.А.Каранов, Г.М.Заболотна, Б.Н.Якимчук, В.А.Ковальчук, Ю.С.Хабіров, А.С.Славінський, В.П.Хоружий, Хамад Іхаб Ахмад, Christiansen P., Hollesen L., Harremoes P. та ін.

  У результаті проведеного аналізу установок для доочищення стічних вод встановлено, що біохімічне окислення органічних речовин доцільно виконувати на біореакторах (БР) з волокнистим завантаженням для іммобілізації аеробних мікроорганізмів, а її прояснення - на пінополістирольних прояснювальних фільтрах (ППФ) з плаваючим завантаженням.

Для нормальної життєдіяльності аеробних мікроорганізмів у стічній воді повинен бути кисень і органічні речовини, які вони окислюють.

При проектуванні БР для доочищення стічних вод необхідно вибирати тип завантаження і визначати його раціональні конструктивні і технологічні параметри.

Дослідження роботи БР, завантажених насадками з тонких волокнистих матеріалів типу "ВІЇ", для доочищення біологічно очищених господарсько-побутових стічних вод виконані Хамад Іхаб Ахмадом. Проте практика експлуатації таких споруд виявила ряд недоліків. Як альтернативний варіант нами запропоновано жорстке завантаження з концентричними волокнисто-поліетиленовими оболонками (КВПО), яке просте у виготовленні, надійне в експлуатації, високоефективне і економічне. У ньому створюються сприятливі умови для закріплення мікроорганізмів, забезпечується вільний контакт стічної рідини з ними, а також безперешкодний вихід газів. Тому в роботі вибрано для досліджень процеси аеробного доочищення біологічно очищених господарсько-побутових стічних вод на БР з жорстким блочним завантаженням (КВПО) та фільтрах з плаваючим завантаженням (рис.1).У цій технології однією з основних водоочисних споруд є біореактор 3, завантажений жорстким блочним завантаженням 5, в якому відбуваються процеси аерації води, газовідділення та біохімічного окислення домішок.