Диссертация (Очистка поверхностных сточных вод с применением фитофильтров), страница 2

Исследоватьсорбционныеиионообменныесвойствамногокомпонентной загрузки по отношению к нефтепродуктам и тяжелымметаллам.6. Установитьповерхностныхэффективностьсточныхводнатехническихфитофильтререшенийотпоочисткевзвешенныхвеществ,нефтепродуктов и тяжелых металлов.7. Изучить процессы фиторегенерации фильтрующей загрузкиприиспользовании высших растений.8. Разработать новое устройство и методику его расчета, выполнитьтехнико-экономическое обоснование предлагаемого технического решения.Объект и предмет исследования. Объектом исследования являютсяповерхностные сточные воды с урбанизированных территорий.

Предметисследования – технология и устройство для очистки поверхностных сточных води их хранения с целью последующего использования.Научная новизна:1. Предложенновыйподходктехническойреализациипроцессафитофильтрования для очистки поверхностных сточных вод в условияхумеренного климата, заключающийся во внесении в состав фильтрующейзагрузки материалов, обладающих сорбционными и ионообменными свойствами– торфа и цеолита.2. Установлены закономерности процессов сорбции и ионного обменанефтепродуктов и тяжелых металлов на многокомпонентной фильтрующейзагрузке заданного состава (торф, цеолит и песок в соотношении 1:2:7) дляфитофильтров в динамических условиях.3.

Доказана перспективность фиторегенерации фильтрующей загрузки отсоединений тяжелых металлов и нефтепродуктов при использовании высшихрастений (Тростник обыкновенный, Ирис болотный).8Теоретическая значимостьИзученовлияниеопределяющихфакторовнатехническиеитехнологические параметры фильтрующей загрузки для фитофильтра с учетомзаданных гидравлических характеристик.Изложена идея о возможности применения фитофильтров для очисткиповерхностных сточных вод с урбанизированных территорий умеренного климатапри условии внесения в состав фильтрующей загрузки материалов, обладающихсорбционными и ионообменными свойствами, а именно торфа и цеолита.Практическая значимость:1.

Установлена эффективность очистки поверхностных сточных вод нафитофильтре с фильтрующей загрузкой заданного состава: от взвешенныхвеществ – 97,2-98,9 %; нефтепродуктов – 95,5-98,9%; Cu – 97-99,3%; Al – 8086,4%; Pb – 66-86,4%; Fe – 87,5-97,5%, Zn – 75,2-85,0%.2. Представлены методические рекомендации по расчету фитофильтровдля размещения на промышленных предприятиях, городских и частныхтерриториях в условиях умеренного климата.3.

Разработана и внедрена технологическая схема очистки поверхностныхсточных вод с этапом фитофильтрования в проект «Установка очистки ливневых,талых и производственных сточных вод для доочистки производственных иповерхностных сточных вод на выпуске 10 ПАО "ПРОТОН-ПМ", пос. НовыеЛядыПермскогокрая»,шифрЭСП86/2016,разработанном ООО«Экостройпроект». Сравнение сметной стоимости строительства сооружений сэтапом фитофильтрования и сооружений с традиционной схемой очистки дляводосборной территории площадью 4735 м2 показал экономический эффект839 тыс. руб., годовой эксплуатации - 87 тыс.

руб./год в ценах 2017 г.4. Результаты исследования внедрены при строительстве фитофильтра дляочистки поверхностных сточных с придомовой автостоянки ТСЖ «ЖК«Кристалл», находящегося по адресу: г. Пермь, ул. Аркадия Гайдара, д. 3.9Методология и методы диссертационного исследования. В работеиспользован комплекс методов научных исследований: аналитическое обобщениеи систематизация опыта отечественных и зарубежных исследований, изложенныхв научно-исследовательской и специальной литературе; методы химическогоанализа; методы планирования и проведения экспериментальных исследований сприменением лабораторных и пилотных установок; анализ материальныхпотоков;обработкаполученныхэкспериментальныхрезультатовсиспользованием компьютерных программ.Личныйвкладдиссертационногоавтораисследования;состоитвпостановкенепосредственномцелиучастиивизадачполученииисходных данных и научных экспериментах; разработке экспериментальнойустановки для исследования процессов фитофильтрования и фиторегенерации;обработке и интерпретации экспериментальных данных; подготовке основныхпубликаций по выполненной работе; разработке методических указаний порасчету фитофильтров для очистки поверхностных сточных вод.Положения, выносимые на защиту:1.

Новый подход к технической реализации процесса фитофильтрованиядля очистки поверхностных сточных вод в условиях умеренного климата,заключающийся во внесении в состав фильтрующей загрузки материалов,обладающих сорбционными и ионообменными свойствами – торфа и цеолита.2. Сорбционныеиионообменныесвойствамногокомпонентнойфильтрующей загрузки заданного состава (торф, цеолит и песок в соотношении1:2:7)вдинамическихусловиях,зависимости выходных концентрацийнефтепродуктов и тяжелых металлов от температуры при фильтровании.3. Результаты экспериментальных исследований эффективности очисткиповерхностных сточных вод от взвешенных веществ, нефтепродуктов и тяжелыхметаллов на фитофильтре.4.

Результаты исследования процесса фиторегенерации фильтрующейзагрузки от соединений тяжелых металлов и нефтепродуктов под действиемвысших растений.105. Новое устройство для очистки поверхностного стока и его хранения сцелью последующего использования и методика расчета предлагаемоготехнического решения.Достоверность полученных результатов обеспечивается использованиемсовременных методик сбора и обработки исходной информации, применениемсовременных общепринятых методик экспериментальных исследований ихимическиханализов,атакжеиспользованиемсертифицированногооборудования и приборов, обладающих требуемой точностью. Результатылабораторных экспериментов соответствуют данным испытаний на пилотнойустановке.

Полученные результаты согласуются с результатами проведенныхранее исследований в данной области.Апробациярезультатов.Основныеположениядиссертациидокладывались на 11 всероссийских и международных конференциях в гг. Перми,Москве, Екатеринбурге, Уфе, Стамбуле в 2012-2018 г.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в томчисле 4 статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научныхизданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результатыдиссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученойстепени доктора наук, и 1 статья в международных реферативных базах Scopus,Web of Science.

Получен патент РФ на изобретение №2540620.В диссертации использованы результаты научных работ, выполненныхавтором - соискателем ученой степени кандидата технических наук – лично и всоавторстве. Список опубликованных научных работ И. С. Щукина (лично и всоавторстве) приведен в Приложении В.Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав, заключения, списка литературы из 227 наименований, трехприложений.

Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, в томчисле 24 страницах приложений, содержит 35 таблиц и 61 рисунок.11ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНОГОСТОКА С УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ1.1 Характеристика поверхностного стока с урбанизированных территорийКачественныеусловиямиегохарактеристикиформирования.поверхностногоФормированиестокаопределяютсякачественногосоставаповерхностных сточных вод (ПСВ) происходит в несколько этапов: отобразования облаков и прохождения осадками нижних слоев атмосферы достекания с поверхности водосборной территории.

Каждому из этих этаповсоответствует определенный набор поступающих в ливневые воды веществ.Среди веществ, попадающих в облачную воду в процессе образованияоблаков, преобладают минеральные составляющие. В облаках, образовавшихся вморских воздушных массах, присутствуют преимущественно ионы Na+ и Cl-. Надповерхностью суши их вклад уменьшается, но возрастает концентрация ионов К+,Са2+, Mg2+, имеющих континентальное происхождение.

Минерализация облачнойводы колеблется в пределах 1,4 – 16,6 мг/л [1, c. 44; 2, с. 92-97]. Концентрацииминеральных веществ в облачной воде представлены в таблице 1.Ион-ClSO32HCO3Na+K+Mg2+Ca2+Таблица 1 - Минерализация облачной водыКонцентрация, мг/лМинимальнаяСредняя0,1–0,60,8–3,41,0–2,83,6–14,30,0–2,81,5–11,30,0–0,80,5–3,20,01–0,020,4–0,90,01–0,10,2–0,70,01–0,40,6–6,0Максимальная5,9–8,56,7–48,24,5–37,82,3–14,41,0–5,00,6–14,41,0–25,5Один литр дождевой воды, падая с высоты 1 км, омывает 300 тыс.

латмосферного воздуха [ 3 , с. 24]. Проходя через приземные слои тропосферы,осадки сорбируют пылевые частицы, газы и другие примеси, в том числерастворимые, как природного происхождения, так и образующиеся в результатебытовой и технической деятельности человека.12К веществам естественного происхождения относятся частицы корывыветривания и, в частности, почвенного покрова, имеющие органическое инеорганическое происхождение [1]. Состав антропогенных загрязнений воздухаможет быть очень разнообразен, особенно над территориями с высокой степеньюурбанизации.

По данным Государственного доклада «О состоянии и об охранеокружающей среды Российской Федерации в 2016 году» на долю стационарныхисточниковвыбросовавтотранспортазагрязняющихвеществсоставляет 44,9%. Основнымиприходитсякомпонентами55,1%,долязагрязненияатмосферного воздуха являются: оксид углерода – 50,34%; диоксид серы –12,75%; оксида азота – 10,70%; летучие органические соединения – 8,73%;твердые вещества – 6,11%; прочие вещества – 11,37%. Стоит отметить, что среди«прочих» веществ, имеющих малую массовую долю от общего количествавыбросов, содержатся и специфические вещества, такие как: бенз(а)пирен,этилбензол, формальдегид, тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, медь, железо,кадмий и др.).

Эти вещества даже в малых дозах способны оказывать негативноевлияние на человека и окружающую среду.Основная доля загрязняющих веществ, присутствующих в ПСВ, смываетсяс поверхности водосборной территорий. Этим путем в поверхностный стокпопадаетосновнаямассавзвешенныхвеществ(ВВ)минеральногоиорганического происхождения, нефтепродуктов (НП) и тяжелых металлов (ТМ).Состав и концентрации загрязнений, присутствующих в поверхностномстоке, определяются прежде всего характером водосборной поверхности. Взависимости от функционального назначения и степени антропогенной нагрузкиводосборные территории можно условно разделить на 4 группы [4].