Тема: Очистка поверхностных источников водоснабжения от микропластика

Согласно докладу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), опубликованному 22 августа 2019 года, в настоящее время установлено «безопасное» количество микропластика в питьевой воде. Но по мере того, как количество его растёт риск загрязнения становится всё более ощутимым. В частности, потребители морской продукции проглатывают до 11000 микрочастиц пластика каждый год, и учитывая недостаточность исследований по этому вопросу, это утверждение может вскоре откорректировать. До 1% этих микрочастиц поглощается человеческим организмом. Крошечные синтетические и не биоразлагаемые полимеры, микропластики накапливаются в почвах, в толще воды, на её поверхности, а также в подземных источниках. ВОЗ считает допустимым воздействие микропластика в питьевой воде на здоровье человека. Хотя их влияние на здоровье человека еще не четко установлено, но однозначно они вошли в пищевую цепочку и влияют на живые организмы. Кроме того, к этой обнадеживающей оценке следует сделать предостережение, т.к. эта тема сегодня остается плохо документированной.
Большинство потребительских товаров, используемых сегодня, состоит из пластика той или иной формы. Ежегодно во всем мире производится почти 280 миллионов тонн пластмасс, большая часть которых попадает на свалки или в океаны [31]. Хотя пластмассы легкие, недорогие и долговечные, эти же качества могут сделать их очень вредными для природы, особенно когда они переносятся через воду. Пластмассы, попавшие в водоёмы, скорее всего, будут циркулировать в одном из пяти основных круговоротов океана: двух в Тихом океане, одном в Индийском и двух в Атлантическом. Эти океанические мусорные локации - не сплошные острова из пластика; вместо этого они представляют собой мутную смесь пластмасс. Недавние исследования, проведенные на поверхности Великих озер, выявили аналогичные проблемы [29]. Растущее беспокойство вызывает то, что как только пластмассы попадают в дикую природу, они могут вызвать запутывание, смерть от проглатывания и перенос инвазивных видов.
Совместные исследования факультетов биоинженерных технологий и ветеринарной медицины, проведённые в университете Гента (Universiteit Gent), Бельгия, выделяют три, наиболее опасные составляющие, загрязнение пластиком: риск проглатывания, химический риск и риск агломерированных бактерий. Есть опасения, что риск поглощения очень мелких частиц (наночастиц) выше, чем в настоящее время задокументировано. Прежде всего, если выбросы пластмасс продолжатся нынешними темпами, риск для водных экосистем будет значительно выше, что однозначно приведет к увеличению опасности для здоровья человека. Пластиковый мусор уже ежегодно убивает более 1 миллиона морских птиц и более 100 000 морских млекопитающих, и, по оценкам, к 2050 году 99% морских животных будут проглатывать пластик.
Кроме того, в исследовании, опубликованном Всемирным банком, сообщается об ухудшении качества воды и его влиянии на экономический рост некоторых стран. В частности, в развивающихся странах рост может быть снижен на треть из-за ухудшения качества воды. Теперь, пластик, наряду с бактериями и химическими веществами, является одним из опасных экологических факторов.
Основываясь на приведенных данных, можно сформулировать проблему следующим образом: чрезмерное загрязнение водоемов приводит к ухудшению качества водоснабжения, ухудшению экологической обстановки, наносит непоправимый вред живым организмам. А также выделить объект и предмет исследований.
Объект исследования: поверхностные источники водоснабжения.
Предмет исследования: способы очистки от пластикового загрязнения.
Опираясь на методологию системного подхода в научно­исследовательской деятельности необходимо выделить следующие ключевые моменты:
а) выявить недостаток:
1) количество пластика постоянно увеличивается, также увеличивается и количество отходов;
2) пластик плохо разлагается и накапливается в водоёме, некоторые компоненты пластика разлагаются с выделением опасных, мутагенных, ядовитых веществ.
б) основное направление исследования:
1) изучение причин загрязнения;
2) разработка мероприятия по очистке водоёмов от микрочастиц пластика для нужд питьевого водоснабжения.
в) ожидаемый результат: устранение загрязнения поверхностных источников водоснабжения от микропластика
г) средства устранения недостатка:
1) организационные мероприятия, направленные на уменьшения поступления пластика в водоёмы;
2) технические мероприятия, направленные на разработку схем фильтрования воды на питьевые и хозяйственные нужды.
д) своевременность: стремительное увеличение количества пластиковых отходов в водоемах в ближайшее время может привести к экологической катастрофе.
Определив ключевые моменты работы, можно сформулировать цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы является разработка комплексных мероприятий по устранению загрязнения поверхностных источников водоснабжения от микропластика.
Для достижения указанной цели выделены следующие научно­технические задачи:
а) выявить причины и последствия загрязнения;
б) определить возможности по сокращению загрязнения;
в) разработать технологическую схему очистки.
Для успешного решения поставленных задач требуется их конкретизировать и определить следующие моменты:
а) исходные данные: текущее состояние загрязнение поверхностных источников водоснабжения микропластиком;
б) граничные условия: поверхностные источники водоснабжения. Отсутствие химического и биологического загрязнения;
в) предыдущий опыт: изучение состояния вопроса по отечественным и зарубежным источникам;
г) противоречие:
1) каким должен стать предмет в результате работы: водопроводная вода не должна иметь загрязнение пластиковыми микрочастицами;
2) как это можно получить: организационные мероприятия направленные на уменьшение загрязнения водоёмов и выбор оптимальной схемы фильтрования;
3) что этому мешает: увеличение количества и накопление пластика, который попадает в водоем;
4) как должно быть, чтобы не мешало: внедрить комплексные мероприятия, направленные на снижение уровня загрязнения, находящийся в водоеме пластик эффективно отфильтровать.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
а) изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта по борьбе с загрязнением водоёмов микропластиком;
б) разработка технологической схемы очистки воды для нужд водоснабжения.
Методы исследований: для решения поставленных задач проводилось документальное исследование, основанное на анализе отечественных и зарубежных литературных источников с использованием теоретических методов расчёта схем водоочистки; документальное и инструментальное обследование водопроводной сети и насосных установок; а также другие методы для решения научно-технических задач.

технологической схемы очистки воды для нужд водоснабжения.
Практическая значимость подтверждена в публикации результатов исследования в статьях:
1. Технологические решения водоподготовки и утилизации осадков микропластика. // Молодежь. Наука. Общество: материалы Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции. Тольятти. 2020.
2. Загрязнение пресных вод микропластическими частицами. В сборнике статей Всероссийской научно-практической конференции Природопользование и устойчивое развитие регионов России. - МНИЦ, Пенза, 2021.
Личный вклад автора состоит в непосредственном участии в изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта по борьбе с загрязнением водоёмов микропластиком, анализе полученных данных, обосновании темы, цели, задач и методики исследований. Автором предложен ряд организационных, технологических мероприятий применительно к теме диссертации.
На защиту выносятся:
• результаты обобщение отечественного и зарубежного опыта по борьбе с загрязнением водоёмов микропластиком;
• технологическая схема очистки воды для нужд водоснабжения.
Апробация работы. Диссертация носит методологический характер и проявляет себя в наличии научно обоснованных и апробированных результатов документального исследования, и теоретической разработки технологической схемы очистки воды для нужд водоснабжения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 разделов, общих выводов, библиографии из 42 наименований. Общий объем работы 105 стр., включая 47 иллюстраций, 8 таблиц.
Купить

По полученным результатам можно сделать следующие выводы: Исследования уровня загрязненности Мирового океана пластиковыми отходами позволяют оценить текущую ситуацию как критическую. По данным Всемирного экономического форума, к 2050 году количество производимого в мире пластика увеличится в три раза, до более чем миллиарда тонн. Почти треть всего пластика, используемого в качестве упаковочного материала, не собирается и не перерабатывается, а попадает в окружающую среду, по большей части в воды Мирового океана.
Пластиковые отходы представляют большую опасность как для обитателей водоемов, так и для Земли в целом, поскольку не разлагаются, накапливаются в живых организмах, нарушая их нормальную жизнедеятельность, затрудняют доступ кислорода в воду, тем самым способствуют образованию “мертвых зон” и глобальному потеплению. Улучшение данной экологической ситуации требует незамедлительного применения всех возможных мер по очищению Мирового океана от пластика, а также сокращению его производства и потребления.
В работе рассмотрены наиболее эффективные способы очистки. Предложена схема водоподготовки с ультрафильтрацией. Данный метод позволяет удалить на станциях водоподготовки до 99% пластиковых микрочастиц, благодаря применению ультратонких мембран от 0,01 до 0,1 мкм. Для повышения эффективности очистки предложены комплексные решение, которые включают в себя технологическую цепочку начиная с удаления механического загрязнения крупных фракций, осаждение на механических фильтрах, и доведение качество воды до нормативных требований на ультрафильтрационных установках. Принятое решение наиболее перспективно, подобные установки активно применяются на зарубежных станциях водоочистки, однако в нашей стране применение данной технологии в силу её высокой стоимости пока ограничено.
Купить