Утилізація надлишкової біомаси гідробіонтів в технологіях біологічного очищення поверхневих вод

Abstract

Дисертаційна робота присвячена підвищення рівня екологічної безпеки гідросфери застосуванням для очищення поверхневих та стічних вод методу розімкнутого біологічного конвеєра. Проведений аналіз недоліків концепції біологічного конвеєра для очищення поверхневих та стічних вод, яких можна уникнути коли б нарощена біомаса із всіх зон біологічного біоконвеєра не утилізувалась у трофічних ланцюгах, а вилучалась із системи очищення і використовувалась як сировина в енергетичних та сільськогосподарських технологіях. Проведений аналіз життєвого циклу гідробіонтів в технології розімкнутого біологічного конвеєра очищення забруднених водних середовищ. Приведений опис особливостей та закономірностей реалізації кожної із цих стадій. Проведений детальний аналіз особливостей використання різних видів гідробіонтів у технології очищення за методом розімкнутого біологічного конвеєра. Детально досліджено стадію збору та концентрування нарощеної надлишкової біомаси гідробіонтів. Аналіз технологічних підходів для збору біомаси водоплавних водних рослин та макроводоростей та збору біомаси водних рослини із розвинутою кореневою системою засвідчив, що раціональним є використання дляцих операцій існуючого технологічного обладнання: спеціалізованих водних комбайнів та плавучих косарок. У лабораторних умовах підтверджено високу ефективність методу коагуляційно-флокуляційного гравітаційного загущення суспензій прісноводних мікроводоростей виду Microcystis aeruginosa. Визначено оптимальні концентрації реагентів при коагуляційно-флокуляційному загущенні мікроводоростей видуMicroc stis aeruginosa у лабораторних умовах. Найбільше загущення за найкоротший проміжок часу отримано за умов спільного застосування коагулянта PAX-18 або PAX-XL19H разом з флокулянтом марки А100. За початкової концентрації клітин Microcystis aeruginosa (за сухою речовиною) 500 ppm, масовій концентраціїкоагулянтів PAX-18 і PAX-XL19H 10 ppm та концентрації флокулянта А100 1 ppm за час відстоювання 30 хв після обробки реагентами було досягнуто ефект загущення суспензій відповідно в 11,8 та в 10,4 рази по об’єму. Масова концентрація клітин Microcystis aeruginosa в осаді у результаті коагуляційно-флокуляційної обробки та осадження збільшилася порівняно з початковою відповідно у 9,6 та у 9,0рази до значень 4800 ppm та 4500 ppm відповідно. Встановлено, що з ціллю розкриття поверхонь масоообміну для проходження біохімічних реакцій доцільно проводити попередню обробку біомаси гідробіонтів. Перспективною для практичного використання може бути обробка у полі гідродинамічної кавітації, але найбільш перспективною є віброкавітаційна обробка. Технологічною перевагою такої обробки може бути можливість реалізації процесу обробки біомаси у безперервному режимі в потоці. Результати досліджень впливу на метаногенез попередньої віброкавітаційної обробки біомаси гідробіонтів свідчать, що віброкавітаційна обробка дозволяє значно збільшити інтенсивність синтезу біогазу, а також збільшити об’єм його утворення. Так, із збільшенням часу віброкавітаційної обробки відповідно від 5 до 10, а потім до 15 хв., кількість синтезованого біогазу відповідно збільшилась у 1,5 і 1,7 рази. Аналіз результатів досліджень впливу на метаногенез внесення затравки в склад біомаси гідробіонтів перед метаногенезом дозволяє стверджувати про перспективність такого підходу, в результаті якого збільшується як швидкість метаногенезу, так і загальна кількість синтезованого біогазу (для випадку СРс=0,1; ХЕ =0,2у 3,92 рази в порівнянні із випадком СРс=0,05; ХЕ =0,05). Проведені біоіндикаційні дослідження, які показали, що недоцільно використовувати свіжу біомасу як добриво: вона створює інгібуючий вплив і не дає змоги розвиватися рослинам, проте дослідження щодо використання відпрацьованої біомаси (дигестату) засвідчили, що в усіх досліджуваних варіантах із вмістом дигестату спостерігався позитивний вплив на проростання культурних рослин в порівнянні із контролем та стерильним контролем. У цьому випадку лімітуючим фактором використання дигестату може бути тільки значна його вологість (95-98 %), що потребує попереднього зневоднення. The thesis is devoted to the research of subtericone wastewater from waste heaps of coal mines of Novovolynsk mining district, analysis of the system of measures toincrease the ecological safety of the mining complex to the environment. Establishment of the levels of environmental hazard of wastewater from coal mine dumps, the study of the seasonal dynamics of heavy metals of wastewater from waste heaps, design and calculation of the bio-plateau enable the introduction of the latest forms of wastewater treatment from coal mine dumps and improve environmental safety. As ammonium salts was recorded. It is known that the main danger of pollution of the hydrosphere with ammoniumиsalts is the super-saturation of water with ammonia. The content of ammonium salts above 0.1 mg / dm3 indicates freshwater pollution because ammonia is the first compound formed during the decomposition of organic nitrogen-containing substances. Simultaneous content of ammonia, nitrites, nitrates, sulfates and bicarbonates in water samples indicates significant contamination of subtericone wastewater due to oxidation of the rock in the dump and its leaching by water. An increase in the content of nitrites and nitrates in water samples without the detection of ammonia indicates the isolation of the source of contamination. Analyzing the state of the ecological situation as a result of wastewater spillage from technological dumps of mines № 2, 4 and 9 of Novovolynsk mining district, it should be noted that currently, storm sewerage in the studied mines is absent, so rainwater from the surfaces of waste heaps and industrial sites runs spontaneously on the ground and concentrates in mineral salts. It is known that the mines of this area are characterized by significant inflows into the main and preparatory mine workings, so the effluents formed around the perimeter of the existing dumps are collected in drainage ditches. The causes and consequences of the growth of the level of ecological danger in mining complexes are identified; seasonal dynamics of the content of chemicals in subtericone wastewater from mine heaps is determined; content of heavy metals in wastewater and vegetation is identified; scientifically substantiated calculation of biological ponds for wastewater treatment and measures to overcome the negative impact of man-made wastewater pollution on biota are proposed; the analysis of the quality of water bodies of the studied region with the help of the GIS project "Open Environment", was carried out. The geoinformation interactive map is built on the basis of statistical data of the State Agency of Water Resources of Ukraine and data of satellite observations. Water quality indicators confirm the fact that along with wind erosion of waste heaps which were studied in a large number of scientific papers, the issue of water erosion of waste heaps which leads to leaching of toxic pollutants and soil and groundwater pollution is acute. Pollution spreads with subtericone waters over long distances in the surrounding areas, in particular to the surface waters of the Western Bug River basin.