Помощь студентам в учебе
СОСТОЯНИЕ БОС И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПРОЦЕССА АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ Р. СВИЯГИ
|
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Качество поверхностных вод р. Свияги в пределах Республики Татарстан.
1.2 Состав сточных вод пищевой промышленности
> 1.3 Эффективность работы очистных сооружений канализации по
водоканалам населенных пунктов Республики Татарстан
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объект исследования
2.2 Материалы и методы исследования
2.3 Обработка результатов
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Варианты проектных решений централизованной общегородской системы канализации и очистных сооружений сточных вод
3.2 Техническое описание и анализ работоспособности биологических очистных сооружений после их реконструкции по рабочему проекту 1998 г.
3.3 Оценки эффективности работы биологических очистных сооружений, отводящих воды в р. Свиягу
3.4 Оценка расчетных расходов и режима поступления сточных вод на соответствие расчетно-проектным показателям
3.5 Оценка нагрузки биогенных элементов на поверхностные воды р.Свияги ,
3.6 Разработки мероприятий по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Качество поверхностных вод р. Свияги в пределах Республики Татарстан.
1.2 Состав сточных вод пищевой промышленности
> 1.3 Эффективность работы очистных сооружений канализации по
водоканалам населенных пунктов Республики Татарстан
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объект исследования
2.2 Материалы и методы исследования
2.3 Обработка результатов
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Варианты проектных решений централизованной общегородской системы канализации и очистных сооружений сточных вод
3.2 Техническое описание и анализ работоспособности биологических очистных сооружений после их реконструкции по рабочему проекту 1998 г.
3.3 Оценки эффективности работы биологических очистных сооружений, отводящих воды в р. Свиягу
3.4 Оценка расчетных расходов и режима поступления сточных вод на соответствие расчетно-проектным показателям
3.5 Оценка нагрузки биогенных элементов на поверхностные воды р.Свияги ,
3.6 Разработки мероприятий по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Водные ресурсы являются жизне - и средообразующей составляющей общества, определяющей его социальное, экологическое и экономическое благополучие. Республика Татарстан богата водными ресурсами. Поверхностные водные ресурсы республики характеризуются наличием разветвленной речной сети, крупными реками - Волга, Кама, их притоками - Вятка, Белая, Свияга и рядом других средних и малых рек. Всего насчитывается около 3 тыс. водотоков различной протяженности и 9 тыс. озер. Общая протяженность рек в республике составляет 19601 км. Площадь водной поверхности - 4,4 тыс. км2, или 6,4% всей территории республики (Водные., 2006).
Наибольший вклад в загрязнение водных объектов вносят недостаточно очищенные сточные воды предприятий коммунального хозяйства и других производств. Степень загрязнения сточных вод находится в прямой зависимости от эффективности работы очистных сооружений сточных вод. Основная масса эксплуатируемых очистных сооружений построена в 60-80 годы и не рассчитана на глубокую очистку сточных вод.
Всего в республике (Государственный доклад 2014) эксплуатируется около 120 сооружений по очистке сточных вод со сбросом их в поверхностные водные объекты РТ. На сегодня эффективность работы очистных сооружений в целом по республике колеблется от 40 до 90 %. В большинстве случаев используются устаревшие технологии, которые не в состоянии обеспечить необходимую степень очистки сточных вод.
Сточные воды биологических очистных сооружений являются одним из серьезных источников поступления биогенных элементов в поверхностные воды, в первую очередь, фосфора в виде фосфат-ионов РО43-, что является
причиной протекания процессов антропогенного эвтрофирования (Шагидуллин, 2012), получившего в настоящее время глобальный характер. К числу наиболее наглядных последствий антропогенного эвтрофирования относится «цветение» воды, обусловленное массовым развитием синезеленых водорослей (или цианобактерий) и получившее глобальное распространение в мире (Oliver et all., 2000; Науменко, 2007; Латыпова и др., 2016). Процессы эвтрофирования (РД..., 2000) приводят к неблагоприятным последствиям для водных экосистем: ухудшение качества водных ресурсов, делает невозможным их использование в хозяйственных и рекреационных ание водорослей и их последующее разложение, приводит к резкому снижению концентрации растворенного кислорода, некоторые синезеленые водоросли могут продуцировать разнообразные цианотоксины, которые губительны как для гидробионтов, так и для здоровья населения (Zaccaroni A, VasconcelosV, 2008;Н_ 2010). ежегодно во всем мире фиксируются случаи гибели рыб. Пример 2016 года - факт массового замора рыбы и гибели уток в реке Казанке в черте г. Казани в начале августа.
Качество поверхностных вод ^в большой мере определяется эффективностью работы биологических очистных сооружений, объемами сбрасываемых в объекты окружающей среды загрязненных (неочищенных и недостаточно очищенных) сточных вод. Основополагающей стратегией в контроле эвтрофирования водоемов является предотвращение загрязнения поверхностных вод биогенными элементами и снижение их поступления в поверхностные воды (Никитин, 2010; Шагидуллин, 2012, Никитин и др., 2015).
Целью данной работы является изучение эффективности ^работы биологических очистных сооружений на водосборе р. Свияги, впадающей в Куйбышевское водохранилище - крупнейшего водохранилища Волжского каскада.
Задачи, решаемые в работе:
• количественно оценить нагрузку сточных вод канализационных очистных сооружений на поверхностные воды р. Свияги,
• охарактеризовать эффективность работы биологических очистных сооружений, отводящих воды в р. Свиягу,
• обосновать рекомендации по снижению нагрузки биогенных элементов в составе сточных вод на поверхностные воды р. Свияги.
Л Научная новизна. На основании обобщения, анализа, статистической обработки данных определены пути поступления загрязняющих веществ в составе сточных вод на биологические очистные сооружения по результатам лабораторных исследований качества сточных вод в процессе очистки на очистных сооружениях проведена оценка эффективности биологической очистки сточных вод от легкоокисляемых органических соединений (по показателю БПК5), от взвешенного вещества, от ионов аммония и фосфат- ионов. Показано, что исследуемые очистные сооружения, отводящие сточные воды в р. Свиягу, практически не удаляют фосфат-ионы из поступающих на биологические очистные сооружения сточных вод. В результате концентрация фосфат-ионов в составе сточных вод, отводимых биологические очистные сооружения в поверхностные воды р. Свияги, в 47 раз превышает величину ПДКр/х для водных объектов рыбохозяйственного значения.
Научно-практическая значимость. Дан критический анализ вариантов проектных решений централизованной общегородской системы канализации и очистных сооружений сточных вод.
Анализ технологического режима и работоспособности биологических очистных сооружений после их реконструкции по рабочему проекту 1998 г., показавший нарушения работы исследуемых канализационных очистных и резкие отклонения от расчетно-проектных показателей, позволил предложить конкретные условия для достижения оптимального режима поступления стоков на очистные сооружения и обеспечения их работоспособности. Разработаны мероприятия по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования поверхностных вод реки - реципиента. Для эффективной очистки сточных вод от фосфат-ионов предложено использовать реагентный метод очистки, не предусмотренный в технологической схеме данных очистных сооружений.
Материалы диссертации используются в учебном процессе Казанского федерального университета при проведении научного семинара «Инновации в прикладной экологии» по программе направления подготовки магистров 05.04.06 Экология и природопользование.
Личный вклад соискателя. Автор участвовал в обследовании источников и очагов загрязнения, части лабораторных исследований на базе лаборатории эколого-аналитических измерений и мониторинга окружающей среды Института проблем экологии и недропользования Академии наук РТ и лаборатории экологического контроля Института экологии природопользования Казанского федерального университета рекомендованным с системе мониторинга и контроля методикам, обсуждении результатов, формулировке выводов.
Наибольший вклад в загрязнение водных объектов вносят недостаточно очищенные сточные воды предприятий коммунального хозяйства и других производств. Степень загрязнения сточных вод находится в прямой зависимости от эффективности работы очистных сооружений сточных вод. Основная масса эксплуатируемых очистных сооружений построена в 60-80 годы и не рассчитана на глубокую очистку сточных вод.
Всего в республике (Государственный доклад 2014) эксплуатируется около 120 сооружений по очистке сточных вод со сбросом их в поверхностные водные объекты РТ. На сегодня эффективность работы очистных сооружений в целом по республике колеблется от 40 до 90 %. В большинстве случаев используются устаревшие технологии, которые не в состоянии обеспечить необходимую степень очистки сточных вод.
Сточные воды биологических очистных сооружений являются одним из серьезных источников поступления биогенных элементов в поверхностные воды, в первую очередь, фосфора в виде фосфат-ионов РО43-, что является
причиной протекания процессов антропогенного эвтрофирования (Шагидуллин, 2012), получившего в настоящее время глобальный характер. К числу наиболее наглядных последствий антропогенного эвтрофирования относится «цветение» воды, обусловленное массовым развитием синезеленых водорослей (или цианобактерий) и получившее глобальное распространение в мире (Oliver et all., 2000; Науменко, 2007; Латыпова и др., 2016). Процессы эвтрофирования (РД..., 2000) приводят к неблагоприятным последствиям для водных экосистем: ухудшение качества водных ресурсов, делает невозможным их использование в хозяйственных и рекреационных ание водорослей и их последующее разложение, приводит к резкому снижению концентрации растворенного кислорода, некоторые синезеленые водоросли могут продуцировать разнообразные цианотоксины, которые губительны как для гидробионтов, так и для здоровья населения (Zaccaroni A, VasconcelosV, 2008;Н_ 2010). ежегодно во всем мире фиксируются случаи гибели рыб. Пример 2016 года - факт массового замора рыбы и гибели уток в реке Казанке в черте г. Казани в начале августа.
Качество поверхностных вод ^в большой мере определяется эффективностью работы биологических очистных сооружений, объемами сбрасываемых в объекты окружающей среды загрязненных (неочищенных и недостаточно очищенных) сточных вод. Основополагающей стратегией в контроле эвтрофирования водоемов является предотвращение загрязнения поверхностных вод биогенными элементами и снижение их поступления в поверхностные воды (Никитин, 2010; Шагидуллин, 2012, Никитин и др., 2015).
Целью данной работы является изучение эффективности ^работы биологических очистных сооружений на водосборе р. Свияги, впадающей в Куйбышевское водохранилище - крупнейшего водохранилища Волжского каскада.
Задачи, решаемые в работе:
• количественно оценить нагрузку сточных вод канализационных очистных сооружений на поверхностные воды р. Свияги,
• охарактеризовать эффективность работы биологических очистных сооружений, отводящих воды в р. Свиягу,
• обосновать рекомендации по снижению нагрузки биогенных элементов в составе сточных вод на поверхностные воды р. Свияги.
Л Научная новизна. На основании обобщения, анализа, статистической обработки данных определены пути поступления загрязняющих веществ в составе сточных вод на биологические очистные сооружения по результатам лабораторных исследований качества сточных вод в процессе очистки на очистных сооружениях проведена оценка эффективности биологической очистки сточных вод от легкоокисляемых органических соединений (по показателю БПК5), от взвешенного вещества, от ионов аммония и фосфат- ионов. Показано, что исследуемые очистные сооружения, отводящие сточные воды в р. Свиягу, практически не удаляют фосфат-ионы из поступающих на биологические очистные сооружения сточных вод. В результате концентрация фосфат-ионов в составе сточных вод, отводимых биологические очистные сооружения в поверхностные воды р. Свияги, в 47 раз превышает величину ПДКр/х для водных объектов рыбохозяйственного значения.
Научно-практическая значимость. Дан критический анализ вариантов проектных решений централизованной общегородской системы канализации и очистных сооружений сточных вод.
Анализ технологического режима и работоспособности биологических очистных сооружений после их реконструкции по рабочему проекту 1998 г., показавший нарушения работы исследуемых канализационных очистных и резкие отклонения от расчетно-проектных показателей, позволил предложить конкретные условия для достижения оптимального режима поступления стоков на очистные сооружения и обеспечения их работоспособности. Разработаны мероприятия по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования поверхностных вод реки - реципиента. Для эффективной очистки сточных вод от фосфат-ионов предложено использовать реагентный метод очистки, не предусмотренный в технологической схеме данных очистных сооружений.
Материалы диссертации используются в учебном процессе Казанского федерального университета при проведении научного семинара «Инновации в прикладной экологии» по программе направления подготовки магистров 05.04.06 Экология и природопользование.
Личный вклад соискателя. Автор участвовал в обследовании источников и очагов загрязнения, части лабораторных исследований на базе лаборатории эколого-аналитических измерений и мониторинга окружающей среды Института проблем экологии и недропользования Академии наук РТ и лаборатории экологического контроля Института экологии природопользования Казанского федерального университета рекомендованным с системе мониторинга и контроля методикам, обсуждении результатов, формулировке выводов.
1. Экспериментальные результаты мониторинга сточных вод на входе на биологические очистные сооружения выявляют повышенную концентрацию приоритетных загрязняющих веществ (легко окисляемых органических соединений по БПК5, количества взвешенных частиц, жиров, ионов аммония и фосфат-ионов) в сравнении с нормативной и проектной концентрацией, принятой при разработке проекта строительства объекта.
2. Выявлен высокий уровень эффективности (83 - 90 %) очистки сточных вод по большинству загрязнений (легко окисляемых органических соединений по БПК5, количества взвешенных частиц, ионов аммония, жиров). Исключение составляет минеральный фосфор ( в виде фосфаи- ионов), которые практически не удаляются в ходе биологической очистки (эффективность работы БОС рана нулю). Последнее связано, в первую очередь, с отсутствием в действующей технологии БОС реагентного метода очистки.
3. Несмотря на высокую эффективность очистки сточных вод на выходе из БОС (кроме фосфора), сточные воды, отводимые в поверхностные воды характеризуются многократным превышением концентрации соединений биогенных элементов ‘ ^(легко окисляемых органических соединений, ионов аммония и фосфат-ионов: в 37, 106 и 42 раза соответственно относительно значений ПДКр/х).
4. Для выяснения причин низкого качества очищенных сточных вод, поступающих от БОС в р. Свиягу, проведена оценка расчетных расходов и режима поступления сточных вод на соответствие расчетно-проектным показателям. Анализ фондовых материалов по условиям работы канализационных очистных сооружений показал значительное отклонение фактических показателей расчетных расходов и режима поступления сточных вод от расчетно-проектных показателей, ни один из показателей не соответствует и практически в два раза ниже расчетно-проектных показателей. То есть, низкое качество очищенных сточных вод есть результат высокого уровня загрязнения поступающих на очистку сточных вод и нарушений условий работы канализационных очистных сооружений БОС, характеризующихся критическим значением коэффициента неравномерности (Rqen.max = 6,2), намного превышающим предельное значение Rqen.max = 1,5.
5. Показано, что действующие биологические очистные сооружения, отводящие очищенные сточные воды в р. Свиягу, не способны служить фильтром на пути биогенных элементов в поверхностные воды, привнося их в количествах, намного превышающих допустимые нормативные концентрации, и инициируя в водной толще процессы антропогенного эвтрофирования и связанного с ним явления «цветения» воды с негативными последствиями для качества водных, водных биологических ресурсов, теплокровных животных и здоровья человека.
6. Рекомендованы мероприятия по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования р. Свияги, связанные как с оптимизацией режима поступления стоков на очистные сооружения и обеспечения работоспособности основных сооружений очистки (КНС, двухъярусных первичных отстойников, первичных и вторичных вертикальных отстойников, аэрофильтров, сооружений глубокой очистки и здания решеток), выполнимые силами хозяйствующего субъекта.
7. Предложены мероприятия для структурирования и реализации проблем, поддающихся решению с привлечением административного ресурса (местных органов власти) по строительству локальных очистных сооружений на предприятиях производства пищевых продуктов (спиртовой, мясной, молочной и др. отраслей) - абонентов биологических очистных сооружений; по установлению контроля и надзора за отведением сточных вод по показателям, характерным для указанных производств (ХПК, БПК, жиры, молочный белок, сыворотка и т.д.); по сокращению попадания в сети канализации грунтовых, дождевых и талых вод; по строительству сливной станции и цеха обезвоживания осадков.
8. Рекомендована ликвидация полей фильтрации (S>50 га) - источников риска подъема уровня грунтовых вод, риска затопления и подтопления селитебной территории и пригорода города путем реализации совместной очистки на существующих биологических очистных сооружениях хозяйственно-фекальных и производственных сточных вод Сахарно-о завода с поэтапным применением наилучших доступных технологий, которые будут регламентированы с 2019 года в Российской Федерации. ^<4
2. Выявлен высокий уровень эффективности (83 - 90 %) очистки сточных вод по большинству загрязнений (легко окисляемых органических соединений по БПК5, количества взвешенных частиц, ионов аммония, жиров). Исключение составляет минеральный фосфор ( в виде фосфаи- ионов), которые практически не удаляются в ходе биологической очистки (эффективность работы БОС рана нулю). Последнее связано, в первую очередь, с отсутствием в действующей технологии БОС реагентного метода очистки.
3. Несмотря на высокую эффективность очистки сточных вод на выходе из БОС (кроме фосфора), сточные воды, отводимые в поверхностные воды характеризуются многократным превышением концентрации соединений биогенных элементов ‘ ^(легко окисляемых органических соединений, ионов аммония и фосфат-ионов: в 37, 106 и 42 раза соответственно относительно значений ПДКр/х).
4. Для выяснения причин низкого качества очищенных сточных вод, поступающих от БОС в р. Свиягу, проведена оценка расчетных расходов и режима поступления сточных вод на соответствие расчетно-проектным показателям. Анализ фондовых материалов по условиям работы канализационных очистных сооружений показал значительное отклонение фактических показателей расчетных расходов и режима поступления сточных вод от расчетно-проектных показателей, ни один из показателей не соответствует и практически в два раза ниже расчетно-проектных показателей. То есть, низкое качество очищенных сточных вод есть результат высокого уровня загрязнения поступающих на очистку сточных вод и нарушений условий работы канализационных очистных сооружений БОС, характеризующихся критическим значением коэффициента неравномерности (Rqen.max = 6,2), намного превышающим предельное значение Rqen.max = 1,5.
5. Показано, что действующие биологические очистные сооружения, отводящие очищенные сточные воды в р. Свиягу, не способны служить фильтром на пути биогенных элементов в поверхностные воды, привнося их в количествах, намного превышающих допустимые нормативные концентрации, и инициируя в водной толще процессы антропогенного эвтрофирования и связанного с ним явления «цветения» воды с негативными последствиями для качества водных, водных биологических ресурсов, теплокровных животных и здоровья человека.
6. Рекомендованы мероприятия по повышению степени очистки сточных вод для предупреждения процессов антропогенного эвтрофирования р. Свияги, связанные как с оптимизацией режима поступления стоков на очистные сооружения и обеспечения работоспособности основных сооружений очистки (КНС, двухъярусных первичных отстойников, первичных и вторичных вертикальных отстойников, аэрофильтров, сооружений глубокой очистки и здания решеток), выполнимые силами хозяйствующего субъекта.
7. Предложены мероприятия для структурирования и реализации проблем, поддающихся решению с привлечением административного ресурса (местных органов власти) по строительству локальных очистных сооружений на предприятиях производства пищевых продуктов (спиртовой, мясной, молочной и др. отраслей) - абонентов биологических очистных сооружений; по установлению контроля и надзора за отведением сточных вод по показателям, характерным для указанных производств (ХПК, БПК, жиры, молочный белок, сыворотка и т.д.); по сокращению попадания в сети канализации грунтовых, дождевых и талых вод; по строительству сливной станции и цеха обезвоживания осадков.
8. Рекомендована ликвидация полей фильтрации (S>50 га) - источников риска подъема уровня грунтовых вод, риска затопления и подтопления селитебной территории и пригорода города путем реализации совместной очистки на существующих биологических очистных сооружениях хозяйственно-фекальных и производственных сточных вод Сахарно-о завода с поэтапным применением наилучших доступных технологий, которые будут регламентированы с 2019 года в Российской Федерации. ^<4