|
||
РЕАЛИЗАЦИЯ БИОНИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ В ВОДОПОДГОТОВКЕ
|
|
|||||||||
РЕАЛИЗАЦИЯ БИОНИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ В ВОДОПОДГОТОВКЕ |
||||||||||
|
C расширением влияния химической промышленности в хозяйственный деятельности человека в биосферу стали стабильно поступать больше тысячи разных ксенобиотиков, которые в значительной степени загрязняют окружающую среду. Известно, что соединения, которые вносятся человеком в окружающую среду в последнее время (инсектициды, гербициды и другие ксенобиотики) кроме того, что очень токсичные, еще и достаточно стойкие, а это несет опасность, как людям, так и биосфере в целом. В наше время нагрузки на естественные процессы самоочищения биосферы являются избыточными, и параллельно с деструкцией загрязнений идет их постепенное накопление в окружающей среде. Кроме того, происходит достаточно интересное явление отдачи аккумулированных загрязнителей, даже при уменьшении объемов хозяйственной деятельности. Примером этого может служить сравнение уменьшения общего объема стоковых вод, которые сбрасывают в р. Днепр, но вместе с тем качество воды не только существенно не улучшается, а наоборот по некоторым показателям несколько ухудшается рис 1.  Рис. 1. Сравнение количества сброса стоковых вод в г. Днепр и изменения качественного состава воды в районе Кайдацкого питьевого и технического водозабора, 426,0 км. Сейчас классические источники воды, которые используются для систем водоснабжения, (особенно это касается поверхностных источников воды - реки, водохранилища) имеют тенденцию к постоянному ухудшению качества. Почти все они сегодня принадлежат к третьему классу. А массово распространена технология, базирующаяся на физико-химической методологии водоподготовки, рассчитанная на источники воды первого класса. То есть мы имеем в Украине несоответствие не только существующих систем водоподготовки и качества воды в источнике, но и самой методологии подхода к обработке исходной воды в целом. Сейчас применяется подход, который не только не в состоянии решить вопрос водоочистки, но применение реагентов, согласно этой методологии, несет в себе дополнительную нагрузку на биосферу, и даже больше, в некоторых случаях, ухудшает качество обрабатываемой воды. Классическим примером этого уже стало применение предварительного хлорирования воды, для ее обесцвечения. Все технические и руководящие работники водопроводов, которые принимают участие в процессе водоподготовки, знают о недопустимости такого подхода, но продолжают это делать, потому что качественные показатели воды не отвечают тем характеристикам и методам, которые в начале были заложены в технологии и сооружения водоподготовки. Они фактически не имеют реальной альтернативы. Все это осложняется и отсутствием соответствующего лабораторного оборудования, потому что цветность измеряет фактически любая химлаборатория любого водопровода или СЭС, а хлорорганические соединения определять как будто и вообще нет потребности. Идти на дальнейшее усложнение химизма, (новейшие коагулянты, флокулянты, сорбенты, мембранные технологии и тому подобное) в процессе водоподготовки, как пошло большинство развитых стран Европы и Америки, нам не позволяет отсутствие средств на переоборудование и резкое повышение эксплуатационных расходов на подготовку воды и соответственно рост ее себестоимости, который неминуемо приведет к повышению цены на воду. А это при том, что уже сейчас люди не способны полностью платить за воду. Много групповых водопроводов не находят потребителей своей продукции, то есть люди отказываются покупать воду у них. Альтернативой такому экстенсивному пути развития отрасли является изучение и интенсифицированное воссоздание естественных процессов самоочистки воды, возможно с применением существующих сооружений, которые сейчас принимают участие в физико-химической водоподготовке. Такой подход позволяет рассчитывать на синергетический результат в обработке воды. Одну из главных ролей в естественной самоочистке играет биодеструкция. Биодеструкция (биоразрушение) – это превращение сложных веществ с помощью биологической активности. Это широкое понятие включает у себя три процесса:
Основными биологическими агентами, которые осуществляют биодеструкцию, являются микроорганизмы, которые имеют огромное разнообразие ферментных систем и большую лабильность метаболизма. Именно они способны раскладывать широкий спектр химически стойких соединений, тем самым возвращая основные пищевые элементы в глобальные циклы и предотвращают накопление «мертвых» остатков на поверхности Земли. Наиболее активное участие в разрушении ксенобиотиков принимают бактерии и грибы, основное количество которых выделено из грунта и воды. Представители бактерий относятся к разным родам грам-негативных и грам-позитивных аэробных и анаэробных организмов. Из наиболее важных аэробных грам-негативных бактерий следует отметить виды родов Pseudomonas, Sphingomonas, Burkholderia, Alcaligenes, Acinetobacter, Flavobacterium, метаноокисливающие и нитрифицирующие бактерии, а из грам-позитивных – представителей родов Arthrobacter, Nocardia, Rhodococcus и Bacillus.
Некоторые виды нитрат- и сульфатредуцирующих бактерий, а также метаногенные археи активно участвуют в анаэробной деградации ксенобиотиков. Грибы, способные аэробно разрушать такие соединения, принадлежит к родам Phanerochaete (возбудители «белой гнили»), Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Fusarium. Использование биодеструкции позволило безреагентно очищать воду, которая по своим показателям лежит вне границ, которые классифицируют источники питьевого водоснабжения. Основные показатели, которые ухудшают качество исходной воды приведенные в таблице 1. Таблица 1
Источником исходной воды является скважина в Житомирской обл. неподалеку от г. Коростишев, 102 км. трассы Киев-Чоп на мотельно-заправочном комплексе рис. 2. Глубина скважины 45 м рис. 3. Основным компонентом, который приводит к такой большой перманганатной окисляемости есть разнообразные гуминовые соединения.
Рис.2 Мотельно - заправочный комплекс
Рис. 3 Скважина
Рис. 4 Здание биологических очистных сооружений Классический физико-химический подход к очистке такой воды базируется на применении сильного окислителя (озон, хлорсодержащие соединения, хлор газ и тому подобное), дальше отстаивание и коагуляция, потом фильтрация и в конце применения сорбента, чтобы убрать свободные радикалы, которые образовались во время окисления. Такой подход далеко не оптимальным со многих точек зрения, в том числе это и сложная эксплуатация, невозможность работать в автоматическом режиме, потребность в квалифицированном персонале, высокая себестоимость воды, загрязнения окружающей среды, необходимость периодической замены сорбентов, и многое другое. Мы применили технологию, которая базируется на биологической деструкции. Схема сооружений приведена на рис.5.
Рис. 5. Принципиальная схема станции водоподготовки мотельно-заправочного комплекса 102 км. трассы Киев-Чоп возле г. Коростишев. Исходная вода из скважины 1 поступает по линии 2 к тангенциальной песколовушке 3, из которого по линии 4 поступает на ежекционный узел 5 (с обратным клапаном на всасе воздуха), где насыщается воздухом. Через аэратор – разбрызгиватель 6 насыщенна атмосферным кислородом вода попадает в биореактор 7 рис. 6. Стекает каплями по носителям иммобилизованного биоценоза 8 типу "ВИЯ" и возвращается на повторную циркуляцию по линии 9 "циркуляционным" насосом 10. Насос 11 подает воду по линии 12 из биореактора 7 в аэратор-дегазатор 13 комбинированного фильтра с фильтрующей загрузкой 16 легче воды рис. 6, и со слоем взвешенного осадка 15 в подфильтровом пространстве. Предварительно обработана на биофильтре 7 вода проходит сквозь слой взвешенного осадка 15 и фильтрующее загрузку 16 и сквозь дренажные системы обратного дна поступает в надфильтровое пространство комбинированного фильтра 14, откуда по линии 20 поступают на три параллельно работающих биофильтра доочистки 21 рис.8, в которых в качестве носителя иммобилизованного биоценоза 22 используется активированный уголь. Из биофильтров доочистки 21 вода поступает в РЧВ 23. Из него насосом 24 вода поступает по линии 27 к потребителям и в гидропневмобак 26 (обеспечивает постоянное давление в сети). По линий 29 проводится сброс промывных и других вод. Линия 19 используется в качестве дополнительного источника промывной воды, который позволяет увеличить интенсивность промывки фильтрующей загрузки 16. По линии 28 чистая вода подается насосом 24 на промывку обратным током биофильтров 21. Измерительными устройствами являются манометры – 30 и водомер 25, система также оборудована обратными клапанами 31.
Рис. 6 Биореактор и комбинированный фильтр
Рис. 7 Биофильтры доочистки Результаты изменения качества воды по сооружениям приведены в таблице2
Общая глубина очистки исходной воды
За время эксплуатации этой станции удалось достичь стабильной работы всего комплекса сооружений в автоматическом режиме, надежной жизнедеятельности и самовозобновления биоценоза по всем сооружениям. Это доказано случаем, который произошел зимой 2005-2006гг., на двое суток была отключена электроэнергия, оборудования не работало, не было отопление, начали перемерзать технологические трубопроводы станции, но после возобновления рабочего состояния станции в течение недели система вышла на свой рабочий режим. Бионический подход был апробирован на системе водоподготовки многокомпонентной подземной воды доказал свою жизнеспособность, является экономически оправданным в вышеупомянутых условиях и достаточно надежным. Станция работает с начала зимы 2005 года поныне. Литература.
|
|
|
|
||
