ТЕХНОЛОГИИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРИМЕРЕ РАЙОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОРОДА ЕЛАБУГИ
|
АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Методы очистки сточных вод 7
1.1 Механические методы очистки сточных вод 7
1.1.1 Процеживание 7
1.1.2 Отстаивание 8
1.1.3 Центрифугирование 11
1.1.4 Фильтрование 13
1.2 Биохимические методы очистки сточных вод 14
1.2.1 Аэробные методы очистки в естественных условиях 18
1.2.2 Биофильтры и погружные биофильтры 19
1.2.3 Аэротенки 20
1.3 Химические методы очистки сточных вод 23
1.3.1 Нейтрализация сточных вод 23
1.3.2 Реакции окисления-восстановления сточных вод 24
1.3.3 Новые окислительные технологии 26
1.4 Физико-химические методы очистки сточных вод 27
1.4.1 Коагуляция и флокуляция 27
1.4.2 Флотация 29
1.4.3 Адсорбция 30
1.4.4 Ионный обмен 31
1.4.5 Мембранные процессы очистки сточных вод 32
1.4.6 Обеззараживание при помощи ультрафиолетового излучения 34
2 Реконструкция районных очистных сооружений города Елабуга 35
2.1 Экологические проблемы бассейна реки Волга 35
2.2 Физико-географическое описание Елабужского района 40
2.3 Краткая характеристика районных очистных сооружений г. Елабуга 46
2.4 Технико-технологические решения реализованные в ходе реконструкции ...49
3 Очистка сточных вод методом Фентон-окисления 54
3.1 Особенности очистки и практическое применение технологии 54
3.2 Апробация на модельном стоке химического завода по производству
синтетических волокон 55
3.3 Апробация на концентрате фильтрата с полигона ТКО 57
3.4 Потенциал применения технологии 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 70
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Методы очистки сточных вод 7
1.1 Механические методы очистки сточных вод 7
1.1.1 Процеживание 7
1.1.2 Отстаивание 8
1.1.3 Центрифугирование 11
1.1.4 Фильтрование 13
1.2 Биохимические методы очистки сточных вод 14
1.2.1 Аэробные методы очистки в естественных условиях 18
1.2.2 Биофильтры и погружные биофильтры 19
1.2.3 Аэротенки 20
1.3 Химические методы очистки сточных вод 23
1.3.1 Нейтрализация сточных вод 23
1.3.2 Реакции окисления-восстановления сточных вод 24
1.3.3 Новые окислительные технологии 26
1.4 Физико-химические методы очистки сточных вод 27
1.4.1 Коагуляция и флокуляция 27
1.4.2 Флотация 29
1.4.3 Адсорбция 30
1.4.4 Ионный обмен 31
1.4.5 Мембранные процессы очистки сточных вод 32
1.4.6 Обеззараживание при помощи ультрафиолетового излучения 34
2 Реконструкция районных очистных сооружений города Елабуга 35
2.1 Экологические проблемы бассейна реки Волга 35
2.2 Физико-географическое описание Елабужского района 40
2.3 Краткая характеристика районных очистных сооружений г. Елабуга 46
2.4 Технико-технологические решения реализованные в ходе реконструкции ...49
3 Очистка сточных вод методом Фентон-окисления 54
3.1 Особенности очистки и практическое применение технологии 54
3.2 Апробация на модельном стоке химического завода по производству
синтетических волокон 55
3.3 Апробация на концентрате фильтрата с полигона ТКО 57
3.4 Потенциал применения технологии 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 70
Одной из целей устойчивого развития является обеспечение наличия и рационального использования водных ресурсов и санитарии для всех. В рамках данной цели можно выделить две задачи: к 2030 году обеспечить всеобщий и равноправный доступ к безопасной и недорогой питьевой воде для всех и к 2030 году повысить качество воды посредством уменьшения загрязнения, ликвидации сброса отходов и сведения к минимуму выбросов опасных химических веществ и материалов, сокращения вдвое доли неочищенных сточных вод и значительного увеличения масштабов рециркуляции и безопасного повторного использования сточных вод во всем мире. Одним из инструментов достижения данных задач являются технологии очистки сточных вод [1].
Сточные воды являются результатом большинства видов человеческой деятельности, требующих использования воды. По мере увеличения общего спроса на водные ресурсы количество производимых сточных вод и их общее загрязнение непрерывно растет по всему миру. Во всем мире, за исключением наиболее высокоразвитых стран, основной объем сточных вод сбрасывают непосредственно в окружающую среду без соответствующей обработки, что несет самые разрушительные последствия для здоровья человека, экономической производительности, качества наших пресноводных ресурсов и экосистем [2].
Данная задача вынесена в повестку дня не спроста: по всему миру около 1,8 млрд. человек используют источники питьевой воды, зараженные фекальными бактериями. От нехватки воды страдает более 40 процентов населения Земли, и, согласно прогнозам, это число будет расти. При этом около 80% сточных вод возвращается в экосистему без очистки [1, 2].
На глобальном уровне прогнозируется существенный рост спроса на воду в ближайшие десятилетия. Помимо сельского хозяйства, на которое приходятся 70% общемирового потребления воды, значительное увеличение спроса на воду прогнозируется в промышленности и энергетике. Свой вклад в повышение этого спроса также вносят ускоренные темпы урбанизации и расширение коммунальных систем водоснабжения и канализации [2].
Данные проблемы так же актуальны и для Российской Федерации. Согласно Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года [3].:
- Из общего объема воды, подаваемой в централизованные системы
водоснабжения населенных пунктов, через системы водоподготовки пропускается не более 59 процентов, в сельских населенных пунктах этот показатель не превышает 20 процентов.
- Около 27 процентов водозаборов из поверхностных источников водоснабжения не имеют необходимого комплекса очистных сооружений, в том числе 16 процентов не оснащены обеззараживающими установками.
- Каждый второй житель Российской Федерации вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей установленным нормативам
- Менее 4% сточных вод очищается до нормативных показателей, при этом 63% сточных вод не подвергается очистке вовсе
Объем сброса загрязненных сточных вод предприятиями жилищно-коммунального хозяйства составляет свыше 60 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод в Российской Федерации. Причинами этого являются значительный износ очистных сооружений, применение устаревших технологий очистки сточных вод, прием объектами жилищно-коммунального хозяйства загрязненных стоков промышленных предприятий [3].
На долю промышленности приходится 25 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод. Основными источниками загрязнения водных объектов являются предприятия, осуществляющие целлюлозно-бумажное, химическое, металлургическое производство, полиграфическую деятельность, производство кокса, нефтепродуктов, добычу металлических руд, а также предприятия угольной промышленности [3].
Сложившийся уровень антропогенного загрязнения является одной из основных причин, вызывающих деградацию рек, водохранилищ, озерных систем, накопление в донных отложениях, водной растительности и водных организмах загрязняющих веществ, в том числе токсичных, и ухудшение качества вод поверхностных водных объектов, используемых в качестве источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения и являющихся средой обитания водных биологических ресурсов. Большинство водохозяйственных участков на территории Российской Федерации характеризуются высокой степенью загрязнения водных объектов и низким качеством воды [3].
С целью минимизации антропогенного загрязнения поверхностных вод и обеспечения граждан чистой питьевой водой требуется широкое внедрение систем водоочистки, реконструкция и модернизация существующих очистных сооружений с использованием новейших технологий очистки и оборудования, проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере водоочистки.
Для реализации данных целей 30 августа 2017 г. был утверждён приоритетный проект «Сохранение и предотвращение загрязнения реки Волги» как одно из направлений национального проекта «Экология». В рамках данного проекта осуществляется 5
строительство и реконструкция многих очистных сооружений осуществляющих сброс в бассейн реки Волга. В том числе, была произведена реконструкция районных очистных сооружений г. Елабуга.
Задачи данной работы по главам:
Рассмотреть существующие методы очистки сточных вод и провести оценку их эффективности;
Рассмотреть проблемы загрязнения Волжского бассейна и выбранный
Правительством Российской Федерации путь их решения на локальном уровне;
Рассмотреть современное состояние очистных сооружений г. Елабуга и
проанализировать технико-технологические решения по реконструкции РОС;
Изучить возможности очистки сточных вод при помощи реакции Фентон-окисления.
Работа выполнена на основе материалов, полученных в ходе стажировки в АО «Особая экономическая зона промышленно-производственного типа «Алабуга», а также использованы материалы, полученные при собственных экспериментах в лабораториях Елабужского водоканала и центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов НУ ТГУ.
По результатам работы опубликована статья (Ганиев, Т. М. Фентон-окисление как альтернатива биологической очистке в сборнике Природопользование и охрана природы: Охрана памятников природы, биологического и ландшафтного разнообразия Томского Приобья и других регионов России, 2020. - С. 280-285.) [4].
Материалы работы были представлены для участия в V Всероссийском конкурсе НИР студентов и аспирантов вузов России по естественным, техническим и гуманитарным наукам «Шаг в науку».
Выражаю благодарность научному руководителю доценту кафедры природопользования Семёновой Н. М. за оказанную помощь и методическое сопровождение на протяжение всей исследовательской работы. Искренне признателен сотрудникам «Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов НУ ТГУ» за предоставленную возможность проведения лабораторных исследований, а также Нестерову В. С. за предоставленный материал и веру в общее дело.
Сточные воды являются результатом большинства видов человеческой деятельности, требующих использования воды. По мере увеличения общего спроса на водные ресурсы количество производимых сточных вод и их общее загрязнение непрерывно растет по всему миру. Во всем мире, за исключением наиболее высокоразвитых стран, основной объем сточных вод сбрасывают непосредственно в окружающую среду без соответствующей обработки, что несет самые разрушительные последствия для здоровья человека, экономической производительности, качества наших пресноводных ресурсов и экосистем [2].
Данная задача вынесена в повестку дня не спроста: по всему миру около 1,8 млрд. человек используют источники питьевой воды, зараженные фекальными бактериями. От нехватки воды страдает более 40 процентов населения Земли, и, согласно прогнозам, это число будет расти. При этом около 80% сточных вод возвращается в экосистему без очистки [1, 2].
На глобальном уровне прогнозируется существенный рост спроса на воду в ближайшие десятилетия. Помимо сельского хозяйства, на которое приходятся 70% общемирового потребления воды, значительное увеличение спроса на воду прогнозируется в промышленности и энергетике. Свой вклад в повышение этого спроса также вносят ускоренные темпы урбанизации и расширение коммунальных систем водоснабжения и канализации [2].
Данные проблемы так же актуальны и для Российской Федерации. Согласно Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года [3].:
- Из общего объема воды, подаваемой в централизованные системы
водоснабжения населенных пунктов, через системы водоподготовки пропускается не более 59 процентов, в сельских населенных пунктах этот показатель не превышает 20 процентов.
- Около 27 процентов водозаборов из поверхностных источников водоснабжения не имеют необходимого комплекса очистных сооружений, в том числе 16 процентов не оснащены обеззараживающими установками.
- Каждый второй житель Российской Федерации вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей установленным нормативам
- Менее 4% сточных вод очищается до нормативных показателей, при этом 63% сточных вод не подвергается очистке вовсе
Объем сброса загрязненных сточных вод предприятиями жилищно-коммунального хозяйства составляет свыше 60 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод в Российской Федерации. Причинами этого являются значительный износ очистных сооружений, применение устаревших технологий очистки сточных вод, прием объектами жилищно-коммунального хозяйства загрязненных стоков промышленных предприятий [3].
На долю промышленности приходится 25 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод. Основными источниками загрязнения водных объектов являются предприятия, осуществляющие целлюлозно-бумажное, химическое, металлургическое производство, полиграфическую деятельность, производство кокса, нефтепродуктов, добычу металлических руд, а также предприятия угольной промышленности [3].
Сложившийся уровень антропогенного загрязнения является одной из основных причин, вызывающих деградацию рек, водохранилищ, озерных систем, накопление в донных отложениях, водной растительности и водных организмах загрязняющих веществ, в том числе токсичных, и ухудшение качества вод поверхностных водных объектов, используемых в качестве источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения и являющихся средой обитания водных биологических ресурсов. Большинство водохозяйственных участков на территории Российской Федерации характеризуются высокой степенью загрязнения водных объектов и низким качеством воды [3].
С целью минимизации антропогенного загрязнения поверхностных вод и обеспечения граждан чистой питьевой водой требуется широкое внедрение систем водоочистки, реконструкция и модернизация существующих очистных сооружений с использованием новейших технологий очистки и оборудования, проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере водоочистки.
Для реализации данных целей 30 августа 2017 г. был утверждён приоритетный проект «Сохранение и предотвращение загрязнения реки Волги» как одно из направлений национального проекта «Экология». В рамках данного проекта осуществляется 5
строительство и реконструкция многих очистных сооружений осуществляющих сброс в бассейн реки Волга. В том числе, была произведена реконструкция районных очистных сооружений г. Елабуга.
Задачи данной работы по главам:
Рассмотреть существующие методы очистки сточных вод и провести оценку их эффективности;
Рассмотреть проблемы загрязнения Волжского бассейна и выбранный
Правительством Российской Федерации путь их решения на локальном уровне;
Рассмотреть современное состояние очистных сооружений г. Елабуга и
проанализировать технико-технологические решения по реконструкции РОС;
Изучить возможности очистки сточных вод при помощи реакции Фентон-окисления.
Работа выполнена на основе материалов, полученных в ходе стажировки в АО «Особая экономическая зона промышленно-производственного типа «Алабуга», а также использованы материалы, полученные при собственных экспериментах в лабораториях Елабужского водоканала и центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов НУ ТГУ.
По результатам работы опубликована статья (Ганиев, Т. М. Фентон-окисление как альтернатива биологической очистке в сборнике Природопользование и охрана природы: Охрана памятников природы, биологического и ландшафтного разнообразия Томского Приобья и других регионов России, 2020. - С. 280-285.) [4].
Материалы работы были представлены для участия в V Всероссийском конкурсе НИР студентов и аспирантов вузов России по естественным, техническим и гуманитарным наукам «Шаг в науку».
Выражаю благодарность научному руководителю доценту кафедры природопользования Семёновой Н. М. за оказанную помощь и методическое сопровождение на протяжение всей исследовательской работы. Искренне признателен сотрудникам «Центра биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов НУ ТГУ» за предоставленную возможность проведения лабораторных исследований, а также Нестерову В. С. за предоставленный материал и веру в общее дело.
В данной работе проанализированы наиболее широко распространённые на территории Российской Федерации методы очистки сточных вод, эффективность их очистки, место в технологическом процессе и пути возможного совершенствования данных методов с целью улучшения качества водных ресурсов. Можно резюмировать, что эффективность традиционных методов очистки сточных вод не позволяет очищать до нормативных показателей. Тем не менее существует значительное количество как различных вариаций совершенствования существующих методов, так и принципиально новых методов очистки сточных вод. Данные методы постепенно вводятся в технологические схемы, позволяя увеличить степень очистки точных вод. Как правило, новые методы очистки реализуются двумя различными путями: крупные производственные предприятия заказывают технологию у иностранных проектировщиков, в то время как российские проектные институты реализовывают новые методы на городских очистных сооружениях.
Помимо этого, описан процесс реконструкции и модернизации районных очистных сооружений города Елабуга, указаны основные технологические решения и результат данных решений. Дополнительную значимость этому придаёт то, что данный комплекс очистных сооружений являлся типовым для СССР, и описанный процесс реконструкции может послужить алгоритмом и пособием для многих водоканалов при реконструкции комплексов очистных сооружений в других городах постсоветского пространства.
Также в работе изложены лабораторные результаты апробации нового, экспериментального метода очистки - Фентон-окисления. Резюмируя полученные данные, можно сказать, что данный метод является перспективным, обеспечивающим высокую степень очистки самых разнообразных стоков и при этом не требует сложных подготовительных этапов. Тем не менее, существенным недостатком метода является его дороговизна и недостаточная изученность способов интенсификации образования гидроксильных радикалов. Определены концентрации реагентов для эффективной очистки заданных сточных вод, которые могут послужить основой для использования в промышленных установках и дальнейших исследованиях. Существующее множество предположений об методах интенсификации данного метода очистки требует проведения дополнительных экспериментов для проверки данных гипотез. В дополнении было предложена вариация технологической схемы реактора Фентон-окисления, обеспечивающая корректное проведение реакции, которая также могут послужить теоретической основой для дальнейшей реализации промышленных установок данного метода очистки сточных вод.
Помимо этого, описан процесс реконструкции и модернизации районных очистных сооружений города Елабуга, указаны основные технологические решения и результат данных решений. Дополнительную значимость этому придаёт то, что данный комплекс очистных сооружений являлся типовым для СССР, и описанный процесс реконструкции может послужить алгоритмом и пособием для многих водоканалов при реконструкции комплексов очистных сооружений в других городах постсоветского пространства.
Также в работе изложены лабораторные результаты апробации нового, экспериментального метода очистки - Фентон-окисления. Резюмируя полученные данные, можно сказать, что данный метод является перспективным, обеспечивающим высокую степень очистки самых разнообразных стоков и при этом не требует сложных подготовительных этапов. Тем не менее, существенным недостатком метода является его дороговизна и недостаточная изученность способов интенсификации образования гидроксильных радикалов. Определены концентрации реагентов для эффективной очистки заданных сточных вод, которые могут послужить основой для использования в промышленных установках и дальнейших исследованиях. Существующее множество предположений об методах интенсификации данного метода очистки требует проведения дополнительных экспериментов для проверки данных гипотез. В дополнении было предложена вариация технологической схемы реактора Фентон-окисления, обеспечивающая корректное проведение реакции, которая также могут послужить теоретической основой для дальнейшей реализации промышленных установок данного метода очистки сточных вод.
Подобные работы
- Анализ и повышение эффективности финансово-хозяйственной
деятельности предприятия (на примере МУП «Елабужский водоканал)
Дипломные работы, ВКР, анализ хозяйственной деятельности. Язык работы: Русский. Цена: 4970 р. Год сдачи: 2016