Диссертация (Очистка поверхностных сточных вод с применением фитофильтров)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образованияПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЩукин Игорь СергеевичОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОДС ПРИМЕНЕНИЕМ ФИТОФИЛЬФИТОФИЛЬТРОВТРОВСпециальность:05.23.04 – Водоснабжение, канализация,строительные системы охраны водных ресурсовДиссертацияна соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, доцентМелехин Александр ГермановичГерманодоктор технических наук, доцентРучкинова Ольга ИвановнаПермь, 20192ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

5ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА СУРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ .................................................................. 111.1 Характеристика поверхностного стока с урбанизированных территорий........ 111.2 Анализ традиционных систем очистки поверхностных сточных вод ............... 171.3 Обзор существующих решений в области хранения и использованияповерхностного стока для водоснабжения ................................................................. 241.4Обзор биоинженерных сооружений для очистки поверхностных сточныхвод ……………………………………………………………………………………271.5 Выводы по главе 1 ................................................................................................... 37ГЛАВА 2.

ОБОСНОВАНИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ФИТОФИЛЬТРОВВ УСЛОВИЯХ УМЕРЕННОГО КЛИМАТА ............................................................. 382.1 Производительность фитофильтров...................................................................... 402.2 Анализ механизмов извлечения компонентов поверхностного стока нафитофильтрах ................................................................................................................ 432.2.1 Извлечение загрязнений при фильтровании через загрузку ........................... 432.2.2 Роль растений в извлечении компонентов поверхностного стока..................

452.2.3 Прочие механизмы ............................................................................................... 482.3 Анализ особенностей работы фитофильтров при низких температурах .......... 492.4 Предлагаемое решение по применению фитофильтров в регионах умеренногоклиматического пояса ................................................................................................... 502.5 Выводы по главе 2 ................................................................................................... 55ГЛАВА3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯПРОЦЕССОВФИТОФИЛЬТРОВАНИЯ И ФИТОРЕГЕНЕРАЦИИ ................................................ 5633.1 Исследование сорбционных характеристик торфа и цеолита в статическихусловиях .........................................................................................................................

563.2 Определение гранулометрического состава и гидравлических характеристикмногокомпонентной фильтрующей загрузки для фитофильтров ............................ 673.3 Исследование сорбционных характеристик многокомпонентной фильтрующейзагрузки в динамических условиях ............................................................................. 713.4 Исследование влияния низких температур на сорбционные свойствамногокомпонентной фильтрующей загрузки ............................................................. 773.5 Исследование эффективности очистки нефтепродуктов и тяжелых металлов напилотной установке.......................................................................................................

793.6Исследованиепроцессафиторегенерациифильтрующейзагрузкиотнефтепродуктов и тяжелых металлов ......................................................................... 853.7Исследованиеэффективностиочисткиотвзвешенныхвеществипроизводительности фитофильтра на пилотной установке ...................................... 873.8 Исследование эффективности очистки натурного поверхностного стока напилотной установке.......................................................................................................

903.9 Исследование содержания тяжелых металлов в фитомассе растений послескашивания..................................................................................................................... 923.10 Исследование свойств насыпных материалов для применения в качествепустотной загрузки........................................................................................................ 963.11 Выводы по главе 3 .................................................................................................

98ГЛАВА4.ПЕРСПЕКТИВЫИЭКОНОМИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕПРИМЕНЕНИЯ ФИТОФИЛЬТРОВ В УСЛОВИЯХ УМЕРЕННОГО КЛИМАТА...................................................................................................................................... .1014.1 Предлагаемое техническое решение по очистке поверхностного стока нафитофильтрах в условиях умеренного климата и области его применения ......... 10144.2 Рекомендации по проектированию и расчету фитофильтра для очистки ииспользования поверхностного стока ....................................................................... 1074.3 Оценка экономической эффективности использования фитофильтров дляочистки и хранения поверхностного стока...............................................................

1144.4 Выводы по главе 4 ................................................................................................. 124ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 125СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .............................. 128СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................

129ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акты о внедрении диссертационного исследования………..154ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Сметные расчеты стоимости строительства и эксплуатациитрадиционной схемы очистки поверхностных сточных вод и схемы с этапомфитофильтрования……………………………………………………….………..….157ПРИЛОЖЕНИЕ В. Список публикаций автора по теме диссертационногоисследования ...………………………………………………………………………1765ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.

Негативным последствием урбанизации являетсяувеличениеобъемаизагрязненностиповерхностногостокавследствиевозрастания доли водонепроницаемых поверхностей, расширения спектратехногенных примесей и повышения их концентраций в стоке. Это ставитотведение и очистку поверхностных сточных вод с урбанизированных территорийв ряд важнейших задач.Специфическимипериодичностьколичественногоособенностямиобразования;состава;поверхностногозначительныеодновременноестокаявляются:колебаниякачественногоиприсутствиеминеральныхиорганических веществ, нефтепродуктов, тяжелых металлов.

Для очисткиповерхностных сточных вод сегодня применяются традиционные сооружениямеханической и физико-химической очистки, разработанные по аналогии ссооружениями очистки бытовых и производственных сточных вод, и неучитывающие в полной мере особенностей поверхностного стока. Наряду сприемлемойэффективностьютрадиционныесооруженияхарактеризуютсявысокой стоимостью строительства и эксплуатации, что препятствует решениюпроблемы очистки поверхностного стока урбанизированных территорий.Анализ мировой практики обращения с поверхностными сточными водамис городских территорий показывает перспективность применения биоинженерныхочистных сооружений, в том числе фитофильтров.

Результаты зарубежныхисследований свидетельствуют о высокой технологической и экономическойэффективности таких сооружений. Тем не менее, снижение интенсивностипроцессов фито- и биоочистки при низких температурах не позволяет обеспечитьстабильно высокое качество очистки воды и продолжительное функционированиефитофильтров при использовании существующих технологий фитофильтрованияв условиях умеренного климатического пояса.

В связи с этим актуальной являетсязадачасовершенствованиятехнологиифитофильтрованияустройства для применения в условиях умеренного климата.иразработки6Степень разработанности темы. Основные принципы организацииотведения и очистки поверхностных сточных вод с территорий городов ипромышленных предприятий разработаны П.

Ф. Горбачевым, Н. Н. Беловым,Г. Г. Шигориным,М. И. Алексеевым,А. М. Кургановым,В. И. Кичигиным,В. С. Дикаревским, В. Л. Карагодиным, М. В. Молоковым, А.В. Михайловым,О.А.Продоусом,А.Н.Кимом,В. Н. Швецовым,Л.М.Верещагиной,М. Г. Журбой, Ж. М. Говоровой, Ю. А. Меншутиным и др.Отдельные аспекты применения биоинженерных сооружений для очисткиливневых вод описаны в работах таких авторов, как С. М.

Чесалов, О. Р. Ильясов,Е. М. Коцарь, С. С. Тимофеева, Д.В. Ульрих, А. А. Диренко, Ю. В. Трофименко,А. В. Лобикова, B. Hatt, Le Coustumer, T. Fletcher, A. Deletić , J. Marsalek,M. Viklander, A. Davis, W. Hunt.Несмотря на значительное количество публикаций, посвященных изучениюпроцессов очистки поверхностного стока, в т.ч. на биоинженерных сооружениях,комплексныхисследованийпроцессовфитофильтрованиясучетомклиматических особенностей, доступных фильтрующих материалов и видовогосостава растений Российской Федерации не проводилось.Цель работы - исследование процесса фитофильтрования поверхностногостока с урбанизированных территорий в условиях умеренного климатическогопояса и разработка новых устройств для очистки поверхностных сточных вод.Для достижения поставленной цели были сформулированы и решеныследующие задачи:1.

Уточнитьпоказатели,характеризующиеповерхностныйстоксурбанизированных территорий.2. Выполнить анализ существующих технических решений для очисткиповерхностных сточных вод в России и за рубежом.3. Предложить новый подход к технической реализации процессафитофильтрования для очистки поверхностного стока с урбанизированныхтерриторий в условиях умеренного климата.74. Изучитьвлияниеопределяющихфакторовнатехническиеитехнологические параметры фильтрующей загрузки для фитофильтра.5.