Автореферат диссертации (Очистка поверхностных сточных вод с применением фитофильтров), страница 3

Всего было предусмотрено 12 колонн: по 3 колонны с каждым видомрастения и 3 контрольные колонны без растений. При площади колонны 0,02 м2расчетнаячетная плотность посадки составила 50 растений на 1 м2.Эффективность очистки исследовали путем подачи в фитофильтрационныеколонны имитата ПСВ, содержащего нефтепродукты и тяжелые металлы вконцентрациях, указанных в таблице 1. На каждую колонну в течение 7 недельбыло подано 350 л имитата, что эквивалентно подлежащему очистке годовомуобъему поверхностного стока с селитебных территорий и промышленныхпредприятий первой группы при слое осадков 600 мммм/год и площади фитофильтраравной 2,5% непроницаемых поверхностей водосбора.

Отбор проб и измерениевыходных концентраций загрязняющих веществ (таблица 2) проводился послепропуска каждых 50 л имитата.На основании проведенного эксперимента определена эффективностьочистки поверхностных сточных вод фитофильтрованием:: от нефтепродуктов 95,5-98,9%, цинка – 70,270,2-92,5%, свинца – 66-86,4%, меди – 97-99,3%, железа –87,5-97,5%, алюминия – 80-86,4%.14Таблица 2 – Концентрации загрязняющих веществ в фильтрате после фитофильтровальныхколоннДиапазон концентраций, мг/лВидСредняя концентрация, мг/лрастения(номераНПCuAlPbFeZnколонн)Рогоз(ФФК1–3)0,43-1,210,620,003-0,0060,0050,01-0,050,0340,1-0,130,1190,025-0,1080,750,05-0,120,09Тростник(ФФК4–6)0,273-0,6180,5120,001-0,0090,0070,01-0,080,0350,068-0,170,0970,024-0,1250,860,05-0,1510,086Ирис(ФФК7–9)0,227-1,340,670,002-0,0060,0050,01-0,020,0170,1-0,140,1090,04-0,0620,0510,04-0,120,064Контроль(ФФК10–12)0,49-1,360,860,002-0,0070,0050,01-0,030,0220,152-0,160,1640,032-0,1120,0930,07-0,1350,112ПДК р.х.0,050,0010,040,0060,10,01а)120Концентрация ТМ взагрузке, мг/кгДля оценки скорости фиторегенерации фильтрующей загрузкианализировалась динамика изменения содержания нефтепродуктов и подвижныхформ тяжелых металлов в корнеобитаемом слое фильтрующей загрузки ввегетационный период в течение 3-х месяцев после прекращения подачи имитата.Изменение концентраций загрязняющих веществ в процессе фиторегенерациипоказано на рисунке 5.

Значения скоростей фиторегенерации фильтрующейзагрузки представлены в таблице 3.100806040200Cu Fe Al Pb ZnРогоз (ФФК1–3)КонцентрацияНПв загрузке, мг/кгб)Cu Fe Al Pb ZnТростник (ФФК4–6)Cu Fe Al Pb ZnИрис (ФФК7–9)Cu Fe Al Pb ZnКонтроль (ФФК10–12)Рисунок 5 – Концентрациянефтепродуктов и тяжелых металлов вфильтрующей загрузкеа – тяжелых металлов;б – нефтепродуктов до фиторегенерации после фиторегенерации (3 мес)150010005000Рогоз ТростникИрис Контроль15Уменьшение концентрации НП в контрольных колоннах объясняется ихдеградацией почвенными микроорганизмами, испарением легких фракций ифотохимическим окислением. При этом во всех колоннах с растенияминаблюдалось большее, по сравнению с контрольными, падение концентрации НПв загрузке.Таблица 3 – Средняя за 3 месяца скорость снижения концентрации нефтепродуктов и тяжелыхметаллов в фильтрующей загрузки фитофильтровальных колоннСкорость снижения концентрации НП и ТМ в фильтрующейВид растения (номеразагрузки фитофильтровальных колонн, мг/кг∙месколонн)НПCuAlPbFeZnРогоз (ФФК1–3)192,41----1,8Тростник (ФФК4–6)249,32,02,850,587,672,97Ирис (ФФК7–9)137,278,334,392,837,7710,93С целью определения возможных способов утилизации надземнойфитомассы растений после ежегодного скашивания в конце вегетационногопериода, выполнено измерение концентрации тяжелых металлов в фитомассерастений (таблица 4).

Проведено определение класса опасности фитомассырасчетным способом.Таблица 4 – Концентрации тяжелых металлов в надземной фитомассе растенийКонцентрация ТМ, мг/кгРогозТростникИрис болотныйшироколистныйобыкновенный(ФФК7-ФФК9)(ФФК1-3)(ФФК4-ФФК6)3,840,964,831,21Pb1,820,46212,359,4344,596,5Fe183,751,4158,841,3379,098,5Al57,214,96,331,2711,52,31Cu9,061,81Zn86,521,4Класс опасностиIV42,1513,2IV280,178,5IVВ соответствии с полученными результатами, фитомасса отнесена кчетвертому классу опасности и может быть утилизирована на полигонах ТБО.Исследование изменения пропускной способности фильтрующей загрузкиосуществляли путем подачи имитата, содержащего только ВВ (смёт савтомобильной дороги, просеянный через сито № 008) в концентрации 500 мг/л.Подача имитата проводилась по той же схеме, что и при исследованииэффективности очистки от растворенных примесей.

Пропускная способностьопределялась при постоянном уровне жидкости над загрузкой 300 мм. Такжепроизводилось определение концентрации ВВ после фильтрования.В течение последующих 3-х месяцев после прекращения подачи имитата,16Пропускнаяспособность, мм/чсодержащего взвешенные вещества производилось наблюдение за изменениепропускной способности фильтрующей загрузки.Динамика изменения пропускной способности фитофильтрационныхколонн при подаче имитата ПСВ, содержащего ВВ, показана на рисунке 6.

Общаямасса взвешенных веществ, поступивших на каждую колонну, составляет 175 г.Эффективность очистки имитата ПСВ от взвешенных веществ составила 97,298,9%350300250200150100500y = -0,022x + 269,76R² = 0,94680Рогоз (ФФК1-ФФК3)200040006000Удельная масса задержанных ВВ, г/м2Тростник (ФФК4-ФФК6)Контроль (ФФК10-ФФК12)8000Ирис (ФФК7-ФФК9)Рисунок 6 – Зависимость скорости фильтрования от удельной массы задержанных ВВПропускнаяспособность, мм/чИнтенсивность снижения скорости фильтрования через колонны практическине зависит от вида высаженных растений и их наличия.

Однако, анализ динамикиизменения пропускной способности в течение 3 месяцев после прекращенияподачи имитата (рисунок 7) показал её восстановление в колоннах с Ирисомболотным на 40%, с тростником на 13% под действием процессов развитиякорневой системы растений, приводящих к восстановлению пористостифильтрующей загрузки. Значительного изменения пропускной способности вконтрольных колоннах отмечено не было, а в колоннах с Рогозом её снижениепродолжилось и после прекращения подачи имитата ПСВ.400350300250200150100500РогозДо подачи имитата ПСВТростникИрисПосле прекращения подачи имитата ПСВКонтрольЧерез 3 месяцаРисунок 7 – Изменения пропускной способности фитофильтрационных колонн послепрекращения подачи имитата ПСВ, содержащего взвешенные вещества17С целью определения расчетного объема воды, который может бытьнакоплен в единице объема крупнозернистого насыпного материала, былаэкспериментально определена водоотдача речного окатанного гравия игранитного щебня фракций 5-20мм, 20-40 мм и 40-70мм.

Результатыэксперимента показали, что водоотдача исследованных насыпных материаловпрактически не зависит от фракции и составляет в среднем 450 л/м3 (321 л/т) длящебня и 400 л/м3 (250 л/т) для речного гравия.В четвертой главе предложено устройство для очистки ПСВ в условияхумеренногоклимата,основанноенапринципефитофильтрования,технологическая схема очистки поверхностного стока с применением этапафитофильтрования. Разработана методика расчета биоинженерного сооружения.Выполнена оценка экономической эффективности применения предлагаемогорешения по очистке и хранению поверхностного стока.Сиспользованиемрезультатовпроведенныхэкспериментальныхисследований предложено устройство, позволяющее применить технологиюфитофильтрования в условиях умеренного климата и обеспечивать круглогодичновысокое качество очистки поверхностного стока от взвешенных веществ,нефтепродуктов и тяжелых металлов, а также осуществлятьхранениеочищенного стока с целью последующего использования.Устройство (рисунок 8) представляет собой пониженный участоктерритории, заполненный фильтрующей загрузкой 3, содержащей торфа 10%,цеолита 20-40% и песка 50-70% по объему.

Для хранения очищенных нафитофильтре ПСВ под слоем фильтрующей загрузки предусмотрен слой КНМ 4(гравий или щебень). Для подачи накопленных очищенных сточных водпотребителю в крупнозернистой загрузке предусмотрена дренажная система 5или скважина с размещенным в ней погружным насосом. Научная новизнапредлагаемого устройства подтверждена патентом РФ на изобретение № 2540620.Рисунок 8 – Фитофильтрдля очистки ПСВ1 – поступление ПСВ;2 – высшие растения;3 – фильтрующая загрузка;4 – дренажный слой;5 – дренажная система;6 – отведение очищенныхвод18Разработана технологическая схема очистки ПСВ (рисунок 9), включающаяэтап отстаивания (поз. I), этап фитофильтрования (поз.

II) и этап глубокойсорбционной очистки (поз. III). Необходимость присутствия в схеме этаповотстаивания и сорбционной доочистки определяется составом ПСВ итребованиями к качеству очищенной воды.IIIIIIРисунок 9 – Технологическая схема очистки поверхностного стока с этапом фитофильтрованияI – механическая очистка, II – фитофильтрование; III – сорбционная доочистка;1 – приемный лоток; 2 – отстойник; 3 – многокомпонентная фильтрующая загрузка;4 – крупнозернистый насыпной материал; 5 – дренажная система; 6 – безнапорныйсорбционный фильтр; 7 – насос (опционально); 8 – подача воды потребителюНа основании результатов проведенных исследований разработанаметодика расчета фитофильтров, позволяющая в зависимости от площади ихарактера водосборной поверхности, качества отводимого поверхностного стока,требований потребителя к составу и количеству очищенных ливневых водопределитьгабаритные размеры фитофильтра, периодичность заменыфильтрующей загрузки, объем блока накопления очищенных вод.Площадь фитофильтра фф определяется исходя из возможностинакопления на поверхности фитофильтра объема ливневых вод от расчетногодождя или суточного объема талых вод с канализуемой территории слоем неболее hпов и последующего его срабатывания в течение 24 часов.фф = ос /ℎпов ,(1)где Wос – расчетный объем осадков (дождевых или талых вод) подлежащийочистке, определяется по стандартным методикам, м3; hпов – максимальный слойводы, образующийся на поверхности фитофильтра, принимается не более 300 мм.Продолжительность эксплуатации фитофильтра (Ni, лет) до начала проскокаi-го загрязнения определяется по формуле: =где полнполн∑ (к(∙ фз ∙ фф ∙ сф))∙∙∙ ∙ фз ∙ сф ∙ фф,(2)– сорбционная емкость фильтрующей загрузки по i-музагрязняющему веществу, г/г (кг/кг); ρфз – насыпная плотность адсорбента, кг/м3;ℎсф – положение сорбционного фронта относительно верха фильтрующей19загрузки, м; – начальная концентрация i-го загрязняющего вещества, г/м3;к ()–выходнаяконцентрацияi-гозагрязняющеговеществаприсреднемесячной температуре в n-ый месяц; – объём поверхностного стока,образующийся в n-ный месяц, м3; – скорость фиторегенерации i-го загрязненияПСВ, мг/кг∙мес; k – период вегетации растений со среднемесячной температуройвоздуха более 100С в течение года, мес.Периодичность замены верхнего (Nv, лет) песчаного слоя фильтрующейзагрузки определяется по формуле: =∙∆ вв ∙ффгод∙,(3)где v0 – начальная скорость фильтрования через фитофильтр, мм/ч; vmin –минимальная скорость фильтрования через фитофильтр, 12,5 мм/ч ∆вв =вв −вв к – снижение концентрации взвешенных веществ на фитофильтре, a –экспериментально полученный коэффициент, a=0,022;восстановления пропускной способности, в долях единицы.–степеньПредлагаемая технология фитофильтрования внедрена при разработкепроектно-сметной документации по проекту «Установка очистки ливневых, талыхи производственных сточных вод для доочистки производственных иповерхностных сточных воды на выпуске 10 ПАО "ПРОТОН-ПМ", пос.