Овчинникова Елена Владиленовна. Биохимическое регулирование качества коллекторно-дренажных вод

brief description

Овчинникова Елена Владиленовна. Биохимическое регулирование качества коллекторно-дренажных вод : диссертация ... кандидата технических наук : 06.01.02.- Москва, 2002.- 173 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/2112-8

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова (ГНУ ВНИИГиМ)
На правах рукописи
Овчинникова Елена Владиленовна
БИОХИМИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА КОЛЛЕКТОРНО-ДРЕНАЖНЫХ ВОД
Специальность 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель, доктор технических наук С.Я. Безднина
Москва 2002
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение 4
Глава 1. Водоотведение в мелиорации и защита водных экоси¬стем от загрязнения 8
1.1. Химический состав и загрязненность коллекторно¬дренажных вод в гумидной зоне 8
1.2. Водоотведение в аридной зоне 14
1.3. Мероприятия по защите водных экосистем от загрязнения 19
1.4. Методы повышения качества природных и коллекторно¬дренажных вод 21
1.4.1. Физические, химические и физико-химические методы 21
1.4.2. Биологические и биохимические методы 34
1.4.3. Биологические методы с использованием высших вод¬ных растений (гидромакрофитов) 37
Глава 2. Закономерности биохимической очистки воды с использованием высших водных растений
2.1. Экологическая характеристика и классификация гидромак¬рофитов 48
2.2. Накопление загрязняющих веществ гидромакрофитами 54
2.3. Очистительная способность гидромакрофитов 64
2.4. Закономерности биохимической очистки воды с использо¬ванием гидромакрофитов 74
Глава 3. Технология и сооружение биохимической очистки коллекторно-дренажных вод
3.1. Требования к технологии биохимической очистки коллек¬торно-дренажных вод 80
3.2. Технологический процесс биохимической очистки коллек¬торно-дренажных вод 81
з
3.3. Принципы конструирования и технические характеристики сооружения биохимической очистки коллекторно-дренаж¬ных вод 85
3.3.1. Блок физико-химической очистки 86
3.3.2. Блок биохимической очистки 94
3.4. Техническая эксплуатация сооружения биохимической очистки. Утилизация гидромакрофитов 106
Глава 4. Экспериментальные исследования модели соору¬жения биохимической очистки коллекторно-дренажных вод .... 109
4.1. Природно-мелиоративные условия участка исследований ... 109
4.2. Модель сооружения биохимической очистки коллекторно¬дренажных вод 112
4.3. Результаты исследований модели сооружения биохимиче¬ской очистки коллекторно-дренажных вод 115
Глава 5. Технология и сооружение биохимического регу-лирования качества коллекторно-дренажных вод
5.1. Технология биохимического регулирования качества кол¬лекторно-дренажных вод 120
5.2. Сооружение биохимического регулирования качества кол¬лекторно-дренажных вод 136
5.2.1. Блок кондиционирования воды 136
5.2.2. Технологический узел подачи реагентов 144
5.3. Расчет стоимости очистки воды в сооружении биохимиче¬ского регулирования качества коллекторно-дренажных вод . 151
Выводы 157
Литература 160

bibliography

Технология биохимического регулирования качества коллекторно¬дренажных вод способствует созданию на ее основе технологии внутри¬системного использования коллекторно-дренажных вод, что является од¬ним из важных направлений экологизации мелиорации, обеспечивающим извлечение загрязняющих веществ из биогеохимического оборота в преде¬лах гидромелиоративной системы.
Создание гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водополь¬зования, позволит многократно использовать воду для полива, экономить водные ресурсы, создавать условия для освоения новых сельскохозяйст¬венных площадей и получать дополнительную сельскохозяйственную про¬дукцию. Дренажный сток с дополнительных орошаемых площадей отво¬дится в сооружение очистки, где вместе с основной массой коллекторно¬дренажных вод, вновь проходит все ступени очистки и регулирования ка¬чества, направляется в аккумулирующую емкость и снова поступает на орошение. Таким образом, создается локальный круговорот оросительной воды в пределах гидромелиоративной системы, с возможностью много¬кратного использования дренажного стока и предусмотренным постоян¬ным выносом загрязняющих веществ.
Технология внутрисистемного использования коллекторно-дренаж¬ных вод позволяет рационально использовать водные ресурсы, снизить во- допотребление, предотвратить загрязнение и получить дополнительную экологически чистую сельскохозяйственную продукцию с вновь освоен¬ных орошаемых земель.
Таким образом, разработанная технология биохимического регулиро¬вания качества коллекторно-дренажных вод, наряду с экологизацией про¬цесса производства сельскозяйственной продукции и воспроизводства плодородия почв, может стать основой рационального, экологически безо¬пасного водопользования в мелиорации.
Выводы
1. Выполненный анализ химического состава и загрязненности кол-лекторно-дренажных вод в аридной зоне показал, что дренажные воды оросительных систем, как правило, отличаются повышенной минерализа¬цией (от 2 до 10 г/л и выше), содержат биогены, ионы тяжелых металлов, остаточные количества удобрений и пестицидов; дренажные воды в гу- мидной зоне характеризуются меньшей степенью минерализации, однако также загрязнены биогенами, нитратами, железом, марганцем и другими тяжелыми металлами, пестицидами.
2. Сравнительный анализ основных методов и технологий повышения качества коллекторно-дренажных вод показал, что биохимические методы с использованием очистительной способности высших водных растений экологически безопасны, характеризуются низкой энергоемкостью, невы¬сокими капиталовложениями и могут быть использованы для очистки кол¬лекторно-дренажных вод.
3. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили автору установить следующие закономерности биохимической очистки с использованием высших водных растений:
- в процессе снижения концентрации загрязняющих веществ выделя¬ются три основные этапа биохимической очистки. Первый этап характери¬зует интенсивный процесс очистки, снижение концентрации загрязняющих веществ достигает 60 % и более, коэффициент скорости снижения концен¬трации загрязняющих веществ к максимальный и составляет 0,5-0,7 1/сут. Второй этап характеризует умеренно интенсивный процесс очистки, сни¬жение концентрации загрязняющих веществ составляет около 30 % от на¬чальной концентрации, коэффициент к снижается до 0,2 1/сут. Третий этап характеризует слабо интенсивный процесс очистки, снижение концентра¬ции загрязняющих веществ составляет до 10%, коэффициент к снижается до 0,1 1/сут.
- установлена взаимосвязь в водной среде процессов фотосинтеза высших водных растений и деструкции загрязняющих веществ микроорга¬низмами;
- накопление загрязняющих веществ в единице фитомассы у плейсто- фитов и гидатофитов выше, чем у гелофитов, но обладая значительно меньшей фитомассой на единицу площади они уступают гелофитам в на¬коплении с одинаковой площади водной поверхности;
4. Усовершенствована малоэнергоемкая технология биохимической очистки коллекторно-дренажных вод и конструкция сооружения, состоя¬щего из 2-х блоков: физико-химической и биохимической очистки. В бло¬ке физико-химической очистки для интенсификации процесса деструкции загрязняющих веществ предложено использование бактериальной пленки, культивируемой на листах волнистого асбоцементного шифера, уложен¬ных на дно блока. Обоснованы параметры потока очищаемой воды в блоке на основе анализа физико-химической очистки - осаждения, аэрации, дест¬рукции загрязняющих веществ. Выполнен расчет геометрических размеров и основных характеристик блока (скорость движения воды, средневзве¬шенная скорость осаждения загрязняющих частиц). В блоке биохимиче-ской очистки выполнен расчет основных параметров. Для усиления очи¬стительной способности фильтрационно-переливной плотины предложено использование сорбционного фильтра на затопляемой части ее верхового откоса.
5. Выполненные экспериментальные исследования по изучению мо¬дели сооружения биохимической очистки на мелиоративной системе "Тинки-П" ОПХ "Полково" показали достаточно высокую эффективность биохимической очистки: снижение нитритного, нитратного, аммонийного азота в дренажной воде достигало 100 %, железа до 55 %.
6. Разработана новая малоэнергоемкая технология регулирования ка¬чества коллекторно-дренажных вод, основанная на комплексном исполь¬зовании методов физико-химической, биохимической очистки и конди¬ционирования воды, включающего аэрацию и химическую мелиорацию - реагентную обработку воды, обогащение ее полезными микроэлементами, необходимыми для роста и развития сельскохозяйственных растений, на которую получен патент на изобретение № 2168470 от 10 июня 2001 г.
7. Разработано сооружение биохимического регулирования качества коллекторно-дренажных вод, предназначенных для орошения. Сооружение состоит из трех основных блоков, первые два блока по принципу работы аналогичны двум блокам сооружения биохимической очистки. В третьем блоке предусмотрено кондиционирование воды с целью доведения ее со¬става и свойств до уровня, соответствующего требованиям, предъявляе¬мым к качеству воды для орошения. Автором предложен способ дозировки и подачи в дренажную воду химических реагентов и мелиорантов, путем использования двух модификаций технологического узла для жидких и сыпучих реагентов в зависимости от условий эксплуатации.
8. Разработанная технология биохимического регулирования качества коллекторно-дренажных вод основана на принципах повышения качества воды, максимально приближенным к природным процессам, способствует созданию экологически безопасных гидромелиоративных систем с замкну¬тым циклом водопользования, экономии водных ресурсов, освоению но¬вых земель и получению с них дополнительной сельскохозяйственной продукции.