Методи очистки стічних вод від целюлозно – паперового виробництва

Категорія (предмет): Екологія

Arial

-A A A+

Вступ.

1. Целюлозно-паперова промисловість.

2. Біохімія води як перспективний науковий напрямок.

3. Способи очищення забруднених вод.

4. Використання вищих водних рослин в практиці очистки стічних вод та поверхневого стоку.

5. Очищення стічних вод від целюлозно-паперового виробництва.

Висновки.

Список використаних джерел.

Вступ

За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я вода може містити 13 тисяч токсичних речовин, нею передається до 80 % усіх існуючих захворювань, від яких у світі щорічно вмирає 25 млн. чоловік.

У реальних умовах вода містить органічні й мінеральні сполуки, мікро- і макроелементи, гази, колоїдні частинки та живі мікроорганізми. Основні компоненти питної води незмінні – гідрокарбонатні, сульфатні та хлористі солі кальцію, магнію та натрію. Серед мінералів у воді є кремній, фтор, стронцій, цинк, серед макроелементів – залізо і калій. Вміст цих речовин не повинен перевищувати так звані гранично допустимі концентрації (ГДК).

Частки ґрунту і все, що піддається гниттю, вносить у воду органічні сполуки. Їх різноманіття величезне. Брудною й мутною воду роблять колоїдні частки (гідрозолі і гелі). Це мікроскопічні частинки мінерального та органічного походження. А ще будь-яка річкова вода містить токсичні речовини промислового та комунально-побутового походження, а саме: стійкі пестициди, нафтопродукти, феноли, важкі метали, нітрати та інші. Вони можуть роками існувати в природному середовищі, майже не розкладаючись. І, нарешті, відкриті водоймища містять величезну кількість мікроорганізмів – простіших, бактерій, мікроскопічних водоростей, грибів, вірусів. Чим брудніше вода (чим більше в ній міститься колоїдних та органічних речовин), тим різноманітніші й багаточисельніші мікроорганізми. Із простіших для людини небезпечні лямблії та дизентерійні амеби: перші викликають запалення жовчних шляхів, другі – діарею (пронос). Окрім того, водним шляхом передаються мікробактерії туберкульозу, кишкова паличка, збудники бруцельозу, дизентерії, сальмонельозу, черевного тифу, різні віруси (особливо небезпечний вірус гепатиту А) та один із найнебезпечніших ворогів людства – холерний вібріон. Всі відомі епідемії холери починались із уживання зараженої води.

Щоб природна вода була придатна для вживання, вона проходить декілька стадій очищення та знезараження на водопровідних станціях.

Актуальність: останніми роками технології очистки води стрімко розвиваються. Зростає попит на чисту воду – і ту, яку ми п’ємо дома, і ту, яку застосовують підприємства різних галузей промисловості. З’являються нові сорбційні та мембранні матеріали, нове обладнання, використання яких дає можливість вдосконалювати методи водопідготовки, підвищити якість води, в тому числі і питної.

Мета: охарактеризувати методи очистки стічних вод від целюлозно – паперового виробництва.

Завдання роботи:

1. охарактеризувати целюлозно-паперову промисловість;

2. показати біохімію води як один із перспективних наукових напрямів;

3. розкрити способи очищення забруднених вод;

4. розкрити використання вищих водних рослин в практиці очистки стічних вод та поверхневого стоку;

5. охарактеризувати очищення стічних вод від целюлозно-паперового виробництва

1. Целюлозно-паперова промисловість

У тропічних країнах слабко розвинута лісопильна промисловість, і тому експортується кругляк, що цінується набагато нижче за пиломатеріали. У комплексі галузей лісової індустрії найважливіше значення має целюлозно-паперова промисловість.

Світове целюлозно-паперове виробництво неухильно зростає, як зростає й попит. Воно зосереджене передусім у США, Канаді, Японії, Швеції, Фінляндії, Росії. Чимало цієї продукції виготовляє Німеччина, Франція, Чехія, Польща, Норвегія, Австрія. Найбільшими експортерами є Канада та деякі європейські країни – Швеція, Фінляндія, Норвегія, Австрія. Імпортери: США, великі європейські країни, Японія.

У багатьох країнах, що розвиваються, в целюлозно-паперовому виробництві замість лісу використовують недеревні рослини: стебло цукрової тростини після видобування з нього цукру, солому збіжжя й сабаї, сизаль, генекен, бамбук. Недеревні матеріали розглядають як дуже важливу альтернативу деревній сировині. Це пов’язано зі зростанням дефіциту деревини та цін на вироби з целюлози, особливо на папір. Найбільші виробники паперу – США, Канада, Японія, Росія, Німеччина, Фінляндія, Швеція, Франція, Велика Британія. Головні постачальники паперу й картону на світовий ринок – Канада, Швеція, Фінляндія, Норвегія.

Папір в Україні почали виробляти дуже давно, більш як 400 років тому. На початку XX ст. на території України підприємства целюлозно-паперової промисловості орієнтуються в своєму розміщенні на сировинні, водні ресурси, електроенергію і кваліфіковану робочу силу. Тому і знаходяться переважно в лісопромислових районах — Карпатському і Поліському.

Головним компонентом для одержання целюлози є низькоякісна деревина хвойних і листяних порід дерев, відходи лісопиляння і деревообробки. У спеціальному апараті деревину піддають обробці і вона перетворюється в целюлозу. За новими технологіями целюлозу можна виготовити з очерету і соломи. Целюлозу використовують для виробництва паперу та картону.

Найбільшими підприємствами галузі є целюлозно-картонний завод у Жидачеві Львівської області і картонно-паперовий комбінат в місті Обухові Київської області. На картонно-паперовій фабриці в Понінці Хмельницької області виробляють учнівські зошити.

Великі підприємства целюлозно-паперової промисловості є в Києві (картонно-паперовий комбінат), Рахові (картонна фабрика), Херсоні (целюлозний завод), Ізмаїлі (целюлозно-картонний завод), Корюківці Чернігівської області (фабрика технічних паперів), Малині Житомирської області (паперова фабрика).

Свого паперу в Україні не вистачає. Тому його доводиться купувати в інших країнах, головним чином в Росії. Вихід — будувати целюлозні заводи, які б працювали на соломі.

Дуже важливо збирати макулатуру. Так, якщо 200 чоловік принесуть по 5 кг паперових відходів, то це дасть змогу зекономити 4 м деревини. Крім того, це позитивно позначається на екології довкілля, оскільки під час виробництва паперу й картону з макулатури забруднення атмосфери зменшується на 86 %, води витрачається на 25-44 % менше, кількість твердих відходів знижується майже до 40 % [1, с. 54].

Підприємства лісохімічної і гідролізної промисловості переробляють деревину хвойних, листяних порід дерев (береза), тому у своєму розміщенні орієнтуються на лісопромислові райони. Вони виробляють метиловий спирт, каніфоль, камфору, скипидар, оцтову кислоту, деревне вугілля тощо.

В Україні знаходиться 7 центрів лісохімії: Великий Бичків, Перечин, Свалява, Вигода в Івано-Франківській, Славута в Хмельницькій, Коростень у Житомирській, Клевань у Рівненській областях.

Гідролізна промисловість є порівняно новою. На підприємствах цієї галузі методом гідролізу деревини (тирса) і нехарчової сировини (кукурудзяні качани без зерна, солома, костриця, соняшникове лушпиння) виробляють етиловий і метиловий спирти, білкові дріжджі, кристалічний цукор (глюкоза та ін.).

Основними підприємствами галузі є гідролізно-дріжджові заводи в Верхньодніпровську (Дніпропетровська область) та Запоріжжі. Окремі цехи і виробництва є в Одесі, Сімферополі, Білгороді-Дністровському на Закарпатті, Василькові (Київська область), Вознесенську (Миколаївська область), Кіровограді, Слов'янську, Вінниці.

На основі переробки лісу та інших рослинних ресурсів, а також вторинної сировини організовано целюлозно-паперову промисловість, яка дає до 18% товарної продукції комплексу. Дана галузь виробляє більше 150 видів продукції, але задовольняє потреби держави і населення в папері в середньому лише на 50%. Звідси дефіцит паперу і картону вітчизняного виробництва. В Україні не виробляються зовсім або виробляються в недостатній кількості окремі види паперу, попит на які у світі має тенденцію до підвищення: газетний, офсетний, пергамент та ін. Целюлозно-паперова індустрія вимагає для свого розвитку поєднання таких факторів, як наявність сировини, води й електроенергії. У зв’язку з цим підприємства її галузей зосереджені переважно в лісопромислових водних районах (Полісся, Карпати). Центри целюлозного виробництва розміщені на великих річках: Ізмаїл (Одеська область) – на Дунаї, Цюрюпинськ (Херсонська область) – на Дніпрі. Центри паперової промисловості: Жидачів (Львівська область), Рахів (Закарпатська область), Обухів (Київська область), Корюківка (Чернігівська область) [1, с.58].

2. Біохімія води як перспективний науковий напрямок

Добре відомо, що вода є розчинником і транспортером продуктів обміну, поживних, біологічно активних та інших речовин у клітинах живих істот, а для дуже багатьох організмів — ще й середовищем існування.

Всі біохімічні процеси народження, розвитку, енергетичного та інформаційного забезпечення, постмортального розкладу будь-яких організмів — рослин, тварин, мікроорганізмів — відбуваються за участю води, що виступає як субстратом, так і метаболітом.

Отже, всі без винятку організми:

— створюють, синтезують, народжують молекули води (під час дихання, біосинтезу біополімерів — целюлози, хітину, білка, нуклеїнових кислот, жирів, крохмалю тощо);

— деструктурують, розкладають, знищують, руйнують молекули води (за фотосинтезу, гідролізу всіх біополімерів тощо);

— забруднюють воду (метаболітами, детритом, зрештою, своїми тілами);

— структурують воду (на своїй поверхні, у своєму тілі, на мембранах, органелах, навколо біополімерів тощо);

— очищують воду («виїдаючи» з неї розчинені органічні речовини природного й антропогенного походження, детрит, рештки відмерлих і живі організми, що існують у воді чи випадково до неї потрапили, адсорбуючи й акумулюючи іони важких металів, радіонукліди тощо) [3, с.75].

Таким чином, у біосфері Землі відбувається справді глобальний вплив біоти на воду, який проявляється як у її створенні та деструкції, так і у процесі забруднення, очищення, структурування води.

Людина не може ігнорувати перелічені процеси, не враховувати і не використовувати їх у своїх інтересах. Здатність гідробіонтів очищати воду широко і досить успішно застосовується вже майже півтора століття в індустріальній біологічній обробці забруднених побутових, промислових і сільськогосподарських стічних вод, зливових і поверхневих вод, у підготовці води до пиття.

Останнім часом відбуваються досить радикальні зміни у біотехнології очищення води. Їх необхідність зумовлена різким зростанням кількості та погіршенням хімічного складу забруднень стічних вод синтетичними поверхнево-активними речовинами, пестицидами, іншими ксенобіотиками, іонами важких металів тощо. Широкого застосування набувають анаеробні процеси, розробляються нові малозатратні та ефективні технології звільнення води від неорганічних сполук азоту (замість громіздкої традиційної нітриденітрифікації), вилучення фосфатів під час біологічного очищення стоків. Досліджуються можливості прямого одержання електричної енергії за біологічного очищення стічних вод, до технологічного процесу біологічної обробки забруднених вод залучається якнайширше коло гідробіонтів (біоконвеєр) тощо.

Продовження досліджень у цьому напрямі, без перебільшення, стратегічно важливе, бо тільки те суспільство має майбутнє, яке навчиться відновлювати якість зужитої води і не лінуватиметься постійно це робити.

Надзвичайно важливого значення набуває вивчення процесів біологічного структурування води, неабиякі перспективи відкриваються перед споживанням води в агрегованому стані на біологічних матеріалах, що мають розгалужену поверхню, на котрій утворюються щільні гідратні оболонки, сорбується і структурується вода, яку вважають у такому стані дуже корисною для людини. Складається враження, що воду потрібно не тільки пити — її треба «їсти». Найпростіший варіант — намочений у воді черствий хліб або сухарі. Можна сподіватися, що на зміну «жуйкам» прийдуть біополімери чи певні біологічні структури, які міститимуть благодійну структуровану воду.

Процеси біологічного забруднення води є серйозним викликом для спеціалістів з підготовки питної води поверхневих джерел.

Особливу загрозу, зокрема водогонам України, становлять синьозелені водорості (ціанобактерії), що розкішно «цвітуть», особливо у південних дніпровських «морях»-водосховищах. Попри солідні наукові та практичні зусилля, ця проблема все ще залишається далекою від остаточного розв’язання.

На відміну від біологічної деструкції води, яка, либонь, не дає особливих підстав цікавитися нею, а тим більше хвилюватися з цього приводу, біосинтез води може становити великий практичний інтерес. Усе залежить від того, чи будуть знайдені докази можливої різниці в елементах фізичної побудови окремих молекул води та фізіологічних властивостях води біологічного і хімічного (зокрема термохімічного) походження. Якщо ж навіть усі молекули води абсолютно однакові (у чому багато хто з учених вельми сумнівається), то про ідентичність води як рідини, створеної організмами й одержаної хімічним шляхом (наприклад, у циліндрах двигунів внутрішнього згоряння чи топках, що працюють на мазуті або газі), не можна стверджувати апріорі, беручи до уваги аномально високу діелектричну сталу води та зумовлену нею надзвичайну здатність розчиняти, «всмоктувати» в себе все, що з нею контактує. Тому вода, синтезована будь-якою клітиною, обов’язково має у своєму складі (хай у мізерних, слідових концентраціях) метаболіти цієї клітини, які можуть впливати (і найімовірніше — таки впливають) на стан організму, що споживає таку — біологічно продуковану – воду [2, с.81].

Отже, стара (давно та надійно експериментально підтверджена даними) і водночас нова (бо ще не задекларована та належно не оформлена як окрема галузь знання) наука, що її можна було б назвати «біохімією води», має всі необхідні та достатні для цього ознаки: цілком визначений об’єкт дослідження — контактуючу з біотою воду; широкий набір специфічних методів дослідження — біологічні, генетичні, фізико-хімічні, спектральні тощо; благородну мету — забезпечення людини фізіологічно повноцінною водою.

Біохімія води заслуговує на пильну увагу і всебічний розвиток, бо від її прогресу залежать такі життєво важливі процеси, як:

— відновлення якості зужитої у побуті, промисловості та сільському господарстві води, чим опікується прикладна галузь цієї науки — біотехнологія очищення води;

— використання, по-перше, біологічно синтезованої та, по-друге, біологічно структурованої води — з метою забезпечення людини необхідним для її життєдіяльності постійно відновлюваним продуктом багаторазового споживання – звичайною чистою водою.

Новий напрям наукових досліджень відкриває широкі перспективи для фахівців різного профілю.

3. Способи очищення забруднених вод

Питна вода – найважливіший фактор здоров’я людини. У крани міських квартир питна вода потрапляє з річок, водосховищ, озер, із підземних глибин. Найбільш чиста – підземна (особливо глибинна, артезіанська) вода. Але для великих міст цієї води не вистачає.

Способи очищення забруднених вод можна об’єднати в наступні групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні. Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним із наступних методів:

— подрібнення великих за розміром забруднень на менші за допомогою механічних пристроїв;

— відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;

— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

— фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а та-кож шляхом пропускання їх через пісок.

Вибір схеми очищення води від зважених часток та нафтопродуктів залежить від виду та кількості забруднень, необхідного ступеня очищення.

Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці.

Флотація – процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода – повітря, вода – тверда речовина). Процес очищення нафтопродуктів, волокнистих матеріалів та інших речовин флотацією полягає в утворенні системи “частинки забруднень – бульбашки повітря”, що спливає на поверхню та видаляється спеціальними водними транспортерами.

Хімічне очищення використовується як самостійний метод, або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для видалення з них важких металів, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

Розглянемо фізико-хімічні методи. Коагуляція – це процес з’єднання дрібних частинок забруднювачів у більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, для негативно заряджених – катіони. Як коагулянти використовується вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Флокуляція – процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Як флокулянти використовують активну кремнієву кислоту, ефіри, крохмаль, целюлозу, синтетичні органічні полімери. Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти. Коагуляція та флокуляція здійснюється у спеціальних камерах та ємностях [8, с.11-12].

Сорбція – процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, силікагелем, активною глиною тощо. Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів забруднень за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення стічні води підлягають біологічному очищенню (мікроорганізми) для остаточної очистки стоків від органічної речовини. Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, в аеротенках, в біотенках тощо.

Після визначених методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту та інші). Знешкодити мікроорганізми, які залишились, можна 4 способами:

— термічно (скип’ятити);

— за допомогою сильних окисників (наприклад, хлору, озону, марганцевокислого калію);

— впливом іонів благородних металів (зазвичай використовується срібло);

— фізичними методами (за допомогою ультрафіолетових променів або ультразвуку).

При масовому очищенні питної води найдешевшим та найдоступнішим варіантом є хлорування. Воду насичують хлором і залишають у спеціальних резервуарах-відстійниках, доки зайвий газ не звітриться та концентрація його у воді не знизиться до гранично допустимих норм.

Проблема забезпечення населення України якісною питною водою з кожним роком ускладнюється, стає більш гострою. Склалася ситуація, коли практично всі поверхневі, а в окремих регіонах і підземні води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту на джерела водопостачання. Кияни, наприклад, користуються переважно деснянською водою, яка досить часто містить радіонукліди, пестициди, нітрати та інші токсичні речовини. Очисні споруди і технологія очищення води застаріли і не оновлюються. Існуючі в країні методи очистки водопровідної та стічних вод не розраховані на звільнення від вірусів. Навіть багатоетапна система очищення на водопровідних станціях, а саме: хлорування, коагуляція, відстоювання, фільтрування й знову хлорування повністю не захищають воду від деяких патогенних бактерій і вірусів. Значна кількість проб води з джерел водопостачання та водопроводів має відхилення від вимог чинного стандарту за окремими фізико-хімічними та бакпоказниками. Питна вода стає активним чинником шкідливого впливу на здоров’я і першопричин виникнення багатьох небезпечних масових інфекційних захворювань, зокрема вірусного гепатиту А. В внаслідок хлорування в питній воді утворюються хлорорганічні сполуки, наприклад, кількість хлороформу перевищує в 1,5–2 раза норми, рекомендовані ВООЗ. Окрім того, в питну воду можуть потрапити інші токсичні речовини: іони важких металів, сполуки фосфору і сірки, пестициди, нітрати, нітрити. Про недостатню ефективність існуючої технології очистки води свідчить високий рівень захворюваності населення кишковими інфекціями. Взагалі ж, на сьогодні відомо близько 100 хвороб, які “дарує” нам питна вода.

80 % усіх захворювань відбувається через недостатньо очищену воду. Хлорорганічні сполуки здатні викликати онкологічні захворювання, хвороби нирок і печінки, органів травлення. Збільшується ризик захворювань підшлункової залози, раком сечового міхура, пухлинами товстої кишки. Кип’ятіння води не може знешкодити отруйну органіку й наполовину. Коли людина миє посуд, приймає ванну, вона вдихає летючий хлороформ, що може призвести до серйозних захворювань дихальних шляхів. Досить невтішна статистика захворювання населення вірусним гепатитом А. Кількість захворювань цією хворобою в Україні досягає 300 випадків на рік, тобто 90 % захворювань на гепатит відбувається через вживання неякісної води. Особливо шкідливі солі важких металів. Вони поступово накопичуються в тканинах і органах, і лише через 10–15 років можуть викликати онкологічні захворювання, імпотенцію, безпліддя [8, с.13].

Яку ж воду треба пити, щоб бути здоровим? Одні спеціалісти радять пити воду кип’ячену та відстояну. Інші наполягають на воді “срібній”, тому що срібло вбиває мікроорганізми. Але срібло – це метал, який здатний накопичуватись в організмі людини, зокрема в нирках. Сьогодні можна сказати, що “срібна” вода є лікувальним засобом, яке може допомогти при лікуванні деяких хвороб тільки у випадку її вживання в певних дозах і нетривалий час. Як альтернативу питній воді використовувати її просто недопустимо.

Згідно з розпорядженням Київської міської держадміністрації в місті збудовано та введено в експлуатацію 25 павільйонів бюветної роздачі артезіанської води. Вода в них чиста, доброякісна, радіонукліди та важкі метали на таку глибину не потрапили. Але приблизно в 66 % свердловин вода містить підвищену кількість заліза, марганцю, сірководню, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів та інших домішок, що, звичайно, потребує додаткового очищення цієї води. Нерідко артезіанська вода не відповідає вимогам щодо бактеріологічних показників. Наслідком неконтрольованого й довгострокового використання таких вод як питних можуть бути різні захворювання у людей – отруєння важкими металами, нітратами та ін. Як правило, артезіанська вода є умовно питною й може служити лише додатковим джерелом водопостачання.

У торговельних закладах можна придбати різноманітні індивідуальні та колективні фільтри для водопровідної води. Але лише деякі з них здатні зробити воду максимально небезпечною. Універсальних фільтрів, здатних повністю очистити воду від усіх шкідливих домішок, просто не існує. Але в наш час фільтри стали предметом першої необхідності.

4. Використання вищих водних рослин в практиці очистки стічних вод та поверхневого стоку

Вищі водні рослини, такі як комиш, очерет, рогоз, володіють здатністю видаляти з води забруднюючі речовини: біогенні елементи (азот, фосфор, калій, кальцій, магній, марганець, сірку), важкі метали (кадмій, мідь, свинець, цинк), феноли, сульфати, нафтопродукти, синтетичні поверхневоактивні речовини (СПАР), і поліпшити такі показники органічного забруднення середовища, як біологічне споживання кисню (БСК) і хімічне споживання кисню (ХСК).

Водні рослини в водоймах виконують наступні основні функції:

— фільтраційну (сприяють осіданню завислих речовин);

— поглинальну (поглинання біогенних елементів і деяких органічних речовин);

— накопичувану (здатність нагромаджувати деякі метали і важко розкладаючі органічні речовини);

— окислювальну (в процесі фотосинтезу вода збагачується киснем);

— детоксикаційну (рослини здатні накопичувати токсичні речовини і перетворювати їх в не токсичні) [6, с.20].

При очистці стічних вод використовують такі види вищих водних рослин (ВВР), як комиш, очерет озерний, рогоз вузьколистий і широколистий, рдест гребінчастий і курчавий, спіродела багатокорінева, елодея, водний гіацинт (ейхорнія), касатик жовтий, сусак, стрілолист звичайний, гречиха земноводна, резуха морська, уруть, хара, ірис та інші.

Коренева система рогозу має високу акумулюючу здатність відносно важких металів. Концентрація металів у кореневій системі рогозу, який ріс на берегах шламонакопичувачів електростанцій, досягала (мг/кг): заліза – 199,1; марганцю – 159,5; міді – 3,4; цинку – 16,6 [6, с.21].

Відомо, що очерет має високі адаптивні властивості і здатний проростати в дуже забруднених промисловими стічними водами водоймах. Встановлено, що очерет здатний видаляти з води такі сполуки, як феноли, нафтоли, аніліни та інші органічні речовини. Питоме поглинання мінеральних речовин досягає (г на 1 г сухої маси): кальцію – 3,95, калію – 10,3, натрію – 6,3, кремнію – 12,6, цинку – 50. марганцю – 1200, бора – 14,6.

В роботі було оцінено здатність трьох видів вищих водних рослин (комиш, очерет і рогіз) видаляти із забруднених вод азот і знижувати БСК. При середній концентрації амонію у стоках 24,7 мг/л, після очистки з використанням ВВР його концентрація становила (мг/л): для комишу – 1,4, для очерету – 5,3, для рогозу – 17,7. Ефективність зниження БСК також була вище у комишу і очерету [6, с.21].

Системи очистки шахтних вод на плантаціях очерету, комишу використовується в багатьох країнах Америки. Ведуться дослідження можливості очистки та видалення металів із води металургійної промисловості. Описані споруди з очеретяною рослинністю для очистки господарськопобутових стічних вод в Нідерландах, Японії, Китаї; для очистки забрудненого поверхневого стоку в Норвегії, Австралії та в інших країнах. Стійкість очерету до дії великої концентрації забруднень дозволила досить успішно використовувати його для очистки стічних вод свиноводських комплексів в Великобританії.

В м. Бентон (США) із населенням 4700 чоловік з 1985 року здійснюється очистка побутових стічних вод у ставках з заростями очерету та інших водних рослин. Підраховано, що вартість такої системи очистки в 10 разів менша за вартість традиційних систем при задовільній якості очистки води від сполук азоту, фосфору, завислих та органічних речовин .

В Ірландії (місто Вільямстоун) успішно експлуатується система сумісної очистки господарськопобутових вод (72 %) і поверхневого стоку (28 %), сконструйована у вигляді трьох мілководних лагун, дві з яких засаджуються очеретом і рогозом, а третя являє собою біопруд, з плаваючими водними рослинами – лілією і ряскою. В процесі очистки вода очищається до наступних показників (мг/л): БСК – 9, завислі речовини – 9, повний азот – 14,2, аміак – 0,8, нітрати – 9,2, повний фосфор – 4,45, ортофосфати – 3,15. Середнє процентне зменшення концентрацій забруднюючих речовин в системі за дворічний період вивчення складає: 48 % для БСК, 83 % для завислих речовин, 51 % для повного азоту, і 13 % для повного фосфору, видалення патогенних організмів 99,77 % [13, с. 29].

Очисні системи вторинної та третинної очистки побутових стічних вод, основані на елодеї, придатні для використання в помірному кліматі, де можуть цілий рік видаляти біогенні елементи зі стічної води.

За результатами промислово-експериментальних досліджень процесу очистки побутових стічних вод з використання водного гіацинту в США ступінь очистки по БСК5 досягає до 9798%. В Китаї водний гіацинт використовують для очистки стічних вод кінофабрики від срібла. Встановлено, що ступень очистки від срібла, завислих речовин, сполук фосфору та азоту відповідно складав 100; 91; 53,9 і 92,9% при цьому БСК та ХСК зменшилось на 98,6 і 91%. Автори повідомляють, що запропонований метод дозволяє відмовитися від використання сорбційних методів очистки [13, с.30].

В Росії Інститутом цитології і генетики розроблена технологія очистки стоків з використанням водного гіацинту. Експериментальна робота була проведена для стоків свинокомлексу. Очистка здійснювалася в біопрудах. Концентрація азоту амонійного знижувалась(мг/л) з 3050 до 45, БСК5 – з 150 до 2030, ХСК – з 300 до 2530, концентрація розчиненого кисню зростала від 0,5 до 25 мг/л.

В Норвегії в 40 км на південь від Осло для очистки сільськогосподарського поверхневого стоку сконструйовано експериментальне біоплато площею 1200 м2, яке являє собою сконструйований з 8 паралельних смуг (кожна розміром 3 х 40 м) фільтр, глибиною 0,5 м (рис. 1). Площа водозбору складає 0,8 км2. Попередні дослідження показали ефективність у видаленні завислих речовин 4575 %, фосфору 2144 %, азоту –15 %. Дослідження тривають [20, с. 47].

Австралійськими вченими розроблено спосіб очистки поверхневого стоку від автомагістралей. Дороги не облаштовуються бордюрами, збір стоку здійснюється фільтраційними траншеями, заповненими на глибину 0,8 м гравієм. На дні траншеї прокладаються збірні трубопроводи діаметром 150 мм, які транспортують стік на подальшу очистку в біоплато.

Біоплато – це інженерна споруда, яка використовується для очистки і доочистки господарськопобутових, виробничих стічних вод та забрудненого поверхневого стоку, яка не вимагає (або майже не вимагає) затрат електроенергії та використання хімічних реагентів при незначному експлуатаційному обслуговуванні.

В основу технології покладені природні процеси самоочищення, властиві водним та новколоводним екосистемам. Принцип технології „біоплато” полягає у використання вищих водних рослин (ВВР). До факторів, які найбільше впливають на ефективність очистки, відносяться: температура води та повітря, рН та Еh середовища, період року, гідравлічне навантаження на споруди, аерація; початкова концентрація забруднюючих речовин води, що подається на очистку; наявність розвинених ефективних поверхонь як субстрату прикріплення для різноманітних водних організмів – бактерій, вактиномісцетів, грибів, простіших та одноклітинних водоростей, ракоподібних, червів, комах та мшанок. Помічено, що накопичування рослинами біогенних елементів стимулюється збільшенням їх концентрації в середовищі, збільшується на світлі, залежить від рН води, а також від видових особливостей рослин, густоти біомаси та ряду інших чинників. Таким чином, найбільш важливими характеристиками штучно сформованого біоценозу макрофітів є: загальна площа акваторії, яку займають рослини, їх видовий склад та чисельність на 1 м2; час контакту потоку води з біоценозом; режим експлуатації [20, с.48].

Біоплато з ВВР відзначаються значною окислювальною спроможністю завдяки високій концентрації активного мулу, який перебуває в комбінованому стані. Активний мул створює плівку (перифітон) на поверхні рослин, занурених у воду, знаходячись з ними у стані симбіотичної взаємодії; перебуває у зваженому стані у вигляді пластівців, а також утворює шар природних відкладень – бентос, в якому проходить активний процес анаеробного розкладу органічних забруднень. Значну роль в процесах доочистки виконують сапрофітні бактерії та мікроскопічні водорості – планктонні організми. Вони збагачують воду киснем в результаті процесу фотосинтезу, що значною мірою компенсує штучну аерацію. Роль дезінфектантів успішно виконують ВВР за рахунок своїх продуктів обміну та кисню, який утворюється в процесі фотосинтезу, що дозволяє уникнути використання систем хлорування або озонування води.

В роботах виділяють поверхневі, інфільтраційні та наплавні конструкції біоплато. В якості поверхневого біоплато використовуються інженерні споруди або природні заболочені території з вільним рухом води через угруповання повітряноводної та укоріненої зануреної рослинності. Інфільтраційні біоплато являють собою земляні фільтруючі споруди з завантаженням зі щебеню, гравію, керамзиту, піску та інших матеріалів. Фільтрація стічної рідини може здійснюватися як у горизонтальному, так і у вертикальному напрямках. На поверхні завантаження висаджуються найбільш стійкі деревночагарникові та/або трав’яні рослини. Очистка стічних вод відбувається за рахунок життєдіяльності судинних рослин, мікрофітів, мікроорганізмів біоплівки і ризосфери, а також грибів і актиномісцетів ризосфери коренів і у шарі перегною, що поступово формується. Наплавні біоплато є по суті штучними сплавинами. На поверхні плаваючих у воді матів, які виготовляють із синтетичних волокон, висаджуються трав’яні багатолітні рослини, що утворюють розвинену кореневу систему. Наплавні біоплато добре зарекомендували себе у очистці вод від плаваючих домішок (піни, пластівців, нафтопродуктів та ін.).

Відомі штучно створені біоплато з відкритим дзеркалом води, які переважно призначені для очистки стічних вод, де в якості водних рослин використовують: ірис, рогоз, касатік, тростник, рдест, очерет озерний, стрілолист з щільністю посадки 115 рослин на 1 м2. Вид рослин вибирають в залежності від природи забруднень. Біоплато заповнюють водою до рівня від 0,3 до1,5 м. при швидкості течії 0,0050,01 м/с.

Ефективність роботи біоплато дещо знижується в осінньозимовий період (згідно приблизно до 70 %), але якість очистки не погіршується вище ГДК для випуску очищеної води у природні водойми.

В Україні Науковоінженерним центром „Потенціал4” разом з Інститутом гідробіології НАНУ запропоновані різні інженернобіологічні споруди на основі закритого біоплато гідропонного типу (ЗБГТ). ЗБГТ – водоохоронна споруда, яка поєднує основні елементи очистки з використанням іммобілізованої на інертному субстраті мікрофлори та вищих водних рослин. Особливістю ЗБГТ є регулювання якості води за допомогою штучно утвореного гідробіоценозу, якісні та кількісні характеристики складових компонентів якого формуються під безпосередньою дією ВВР, у виконаній згідно інженерних розрахунків споруді без відкритого дзеркала води.

ЗБГТ – інженерна споруда, яка використовується тільки для доочистки попередньо очищених в каналізаційній насосній станції з вбудованим блоком очистки (КНС з ВБО) стічних та поверхневих вод. На рис.3 приведена типова схематична конструкція ЗБГТ. Стічні води від КНС з ВБО подаються в розподільчий колодязь, який часто розміщується безпосередньо в біоплато. Від розподільчого колодязя через систему перфорованих трубопроводів, які в конструктивному плані можуть прокладатися за паралельною або променевою схемою, вода надходить на біоплато. Фільтрація стічної води відбувається у вертикальному напрямі через шар завантаження (митий щебінь, гравій, керамзит). Використовуються фракції (мм): 1525, 2540, 4070. Товщина шару завантаження складає в середньому 1,01,5 м. Покриття споруди термоізоляційним матеріалом запобігає її промерзанню у зимовий період, та забезпечує ефективне очищення стічної води на протязі року. Конструктивно створюється природна аерація, що забезпечує дихання кореневищ ВВР та окислення забруднень [20, с. 48-49]. Вищі водні рослини (комиш і очерет озерний) висаджуються з густиною 46 рослин на 1 м2. Стічні води транспортують через гравійне завантаження фільтраційного басейну, кореневища вищих водних рослин та бактеріальний препарат, що сприяє розкладу важкоокислювальних органічних речовин. При високій забрудненості органічними речовинами стічні води перед подачею в ЗБГТ попередньо насичують киснем до концентрації вище 6 мг/л, що необхідно як для аеробного окислення органічних забруднень мікроорганізмами та перифітоном, так і для дихання кореневищ вищих водних рослин.

Конструкції ЗБГТ виконують різної у плані форми: прямокутної, овальної, довільної форми. Використання принципів ландшафтного дизайну при проектування та будівництві споруд біоплато дозволяє широко використовувати декоративні можливості споруд для покращення естетичних характеристик промислових майданчиків та інших територій.

Розроблені різні конструкції біоплато (одноярусне і двохярусне, одноступеневе і двоступеневе), які дозволяють здійснювати ефективне очищення та водовідведення доочищених вод у потік ґрунтових вод або безпосередньо у водойми. На рис.4 і рис.5 представлені фото ЗБГТ на етапах введення в експлуатацію та на третьому році експлуатації.

Окрім своїх функцій як біоінженерної споруди, біоплато як високопродуктивна екосистема створює просторову неоднорідність в існуючих збіднілих антропогенноприродних ландшафтах, надає додаткові місця існування та харчові ресурси для багатьох видів флори і фауни, що, у свою чергу, створює сприятливі умови для підтримки біорізноманіття. Використання принципів ландшафтного дизайну при проектування та будівництві споруд біоплато дозволяє широко використовувати декоративні можливості споруд для покращення естетичних характеристик промислових майданчиків та інших територій [20, с.49].

5. Очищення стічних вод від целюлозно-паперового виробництва

Целюлозно-паперова промисловість є однією з найбільш водоємких галузей народного господарства, тому що щорічно на цих підприємства на території СНД утворюється близько 34млрд. м3 стічних вод. На Жидачівському картонно-паперовому комбінаті /ЖКПК/ утворюється в середньому 12,775 млн м3 стічних вод на рік, які направляються на очисні споруди підприємства, і ступінь їх очистки по БПК5 складає 80-90%, що вказує на недостатнє виділення органічних речовин (лігнін) та завислих. Аналізом існуючих методів очистки стічних вод цієї галузі встановлено, що основні технології включають стадії, які об'єднані в різні технологічні схеми очищення цих вод. Сучасні схеми очищення стічних вод ЦБК описані в. Згідно з, схема очищення промислових стічних вод на підприємстві ЖКПК відповідає приведеній технології очищення. Стічні води після механічного очищення (решітки з прорізами 16 мм, пісколовки) подаються в первинні радіальні відстійники, а потім в камери змішування з біогенними речовинами та реагентами нейтралізації (НСІ або NaOH) з наступною подачею в аеротенки біологічного очищення. Очищену воду подають у вторинні радіальні відстійники для додаткової очистки від активного мулу та механічних домішок, а після цього у відкриту водойму через глибинний розсіюючий випуск, а активний мул частково повертають у первинний відстійник. Основну масу мулу разом з осадом перекачують у муло-ущільнювач, а потім в цех обробки осаду — на обезводнення в вакуум-фільтрі і подають для захоронення [19, с.51].

На ЖКПК очищення стічних вод в основному проводять біологічним методом, який потребує великих енергетичних та експлуатаційних затрат. Стічні води, що поступають на очисні споруди комбінату, до і після очищення повинні відповідати нормативним величинам для скидання у водойми.

На целюлозних заводах в Калінінградській області (Росія) використовують також біологічні методи очищення, які потребують великих затрат електроенергії для подачі повітря в аеротенки.

Методи фізико-хімічного очищення не потребують великих енергетичних та експлуатаційних затрат і ефективність очищення при цьому досить висока (90-98%), атому проведено дослідження цього методу з очищення промислових стоків ЖКПК.

Апробаційні дослідження з очищення реальних стічних вод — ЖКПК проводили в однолітрових циліндрах і використовували розчини коагулянтів: гідроксохлорид алюмінію (ОХА); суміш хлоридів алюмінію та заліза (ХАЗ); хлорид алюмінію (ХДА) з 10% концентрацією основного (алюміній) компонента.

Для визначення оптимальної дози коагулянта використовували методику, описану в, згідно з якою збільшували дозу (кількість) коагулянту і визначали вміст невідцілених шкідливих компонентів за величиною ХСК в пробі, взятої з верхнього шару стічної води в скляному циліндрі після відстою протягом 1 години від часу її змішування з коагулянтом, а також ступінь ущільнення шламу через 2 години після відбору проби.

Проба реальної стічної води (20 л) мала показники: рН — 7,3, завислі — 1108 мг/дм3, ХСК — 650 мг/дм3, БПК5 — 300 мг/дм3, сульфати — 235,1 мг/дм3, хлориди — 53,6 мг/дм3. Дослідження впливу дози коагулянту на ХСК, об'єм шламу і його ущільнення приведено в табл. 1. [19, с. 52]

Результати, одержані під час апробаційних досліджень, наведено на рисунку і показано, як змінюється ступінь очищення стічних вод за ХСК для проб води, взятих з верхнього шару в скляному циліндрі.

Рисунок. Залежності ступеня очищення стічної води від кількості коагулянту, Д (1 — ОХА; 2 — ХАЗ; 3-ХДА)

На основі результатів проведених апробаційних дослідів встановлено, що оптимальна кількість коагулянту — суміші хлоридів алюмінію і заліза складає 0,6 мл на 1,0л води, для ОХА — 0,8 мл і ХДА — 0,9 мл, а рН зменшується до 5.

Найменша кількість осаду-шламу та найбільша ступінь ущільнення утворюються при використанні коагулянту ХАЗ. Оскільки оптимальна кількість коагулянтів різна, а ефективність очищення майже однакова, то для очищення стічних вод вибрано суміш хлоридів алюмінію та заліза.

На другому етапі досліджень проведено очищення стічних вод в динамічних умовах. Для цього була створена установка, яка складається з місткості — тригорлої колби з пропелерною мішалкою, в якій інтенсивність перемішування регулювали автотрансформатором, відстійника, двох фільтрувальних колонок і збірника очищеної води. Стічну воду в кількості 20 л заливали в місткість з нижнім відводом, яка встановлювалась на висоті. В одну з горловин колби з мірної бюретки дозували відповідний коагулянт, а в іншу подавали стічні води в кількості 0,3 л/год. З колби після змішування з коагулянтом вода подавалася у відстійник і поступала у збірник очищеної води. До цього процесу відділення у відстійнику для доочищення стічних вод включили і процес фільтрації на вуглецево-мінеральних матеріалах (ВММ) — різного гранулометричного складу за наступною методикою. Нижче місткості з стічною водою розміщали дві скляні колонки з нижнім підводом стічної води та верхнім зливом або навпаки, які заповнювали гранулами ВММ розміром 3-5 мм в одній та 5-7 мм в другій. Стічна вода поступала з місткості в нижню частину колонок, фільтрувалась через сорбційні гранули та зливалась зверху в місткість очищеної води [19, с.53].

За вказаною методикою проведено 9 різних дослідів очищення стічних вод, які відрізнялися різними стадіями очищення. В результаті одержано 9 проб очищеної стічної води, кожна з яких була перевірена на ХСК та вміст механічних домішок (перша проба — не очищена стічна вода). Результати експериментів приведено в табл. 2.

Приведені результати вказують на те, що вміст механічних домішок в пробах очищеної води залежить від кількості коагулянту, а суттєвий вплив на ступінь очищення має розмір гранул фракції сорбенту та спосіб фільтрації. Кращі результати одержано під час фільтрації через сорбенти з розміром гранул до 5 мм знизу вверх.

Аналогічні результати одержані в публікації, що проводились з використанням інших коагулянтів і є дещо нижчими (92-95%).

На основі даних відомо, що при очищенні стічних вод на ЖКПК щоденно відділяється на вакуум-фільтрі від 20 до 30 т шламу скопу з 80% вологістю, а це біля 9 тис. т на рік, а на Київському КБК утворюється до 30 тис. т вторинних відходів. Осади, які утворюються, потребують утилізації, але в сучасних умовах вони вивозяться у відвал [19, с.54].

В літературі немає конкретних даних щодо їх утилізації, крім публікацій, в яких розглядаються теоретично процеси відділення та фільтрації осаду і в задекларовано можливість його переробки у вироби промислового призначення.

В зв'язку з цим в лабораторних умовах проведено дослідження з переробки реальних та одержаних шламів.

В третій етап досліджень включили досліди з переробки шламу ЖКПК. Для переробки запропоновано технологію утилізації методом змішування з мінеральними сухими добавками, а саме: шихта золошлаку, карбонатна порода, шламу ЦБК (скоп) та цементу. Склад вказаних добавок, який визначено з використанням спектрометра ARL-9800-262XP, приведено в табл. 3.

Методика переробки була такою. Наважки чотирьох вказаних компонентів змішували в різних співвідношеннях, як показано в табл. 4.

З одержаної маси формували кубічні форми 40 х 40 х 40, які піддавали обробці трьох видів:

а) атмосферна — 20-25°С, б) сушка — 95-98'С; в) сушка з вологою обробкою — 90-95'С протягом однієї години з наступною витримкою усіх зразків на повітрі 18 діб.

Після цього часу одержані кубічні форми досліджували на стиснення за допомогою гідравлічного преса П-5. Результати приведено в табл. 4.

В результаті проведених досліджень встановлено, що фізико-хімічний метод очищення стічних вод підприємств целюлозно-паперової промисловості, з використанням суміші хлоридів алюмініклга заліза, не потребує великих експлуатаційних та енергетичних затрат. Ефективність очищення складає 90-93%, а під час використання горизонтального відстійника з похилими перегородками та наступною сорбцією на вуглецево-мінеральних сорбентах — 94-96%. Крім цього, дослідження з переробки осаду-шламу методом підготовки сировинної суміші та формування виробів показали, що такий спосіб є реальним методом утилізації шламу водоочищення. Теплоізоляційні вироби за показниками відповідають ТУ на вироби такого призначення [19, с.55].

Висновки

— подрібнення великих за розміром забруднень на менші за допомогою механічних пристроїв;

— вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

— фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а та-кож шляхом пропускання їх через пісок.

Коагуляція – це процес з’єднання дрібних частинок забруднювачів у більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, для негативно заряджених – катіони. Як коагулянти використовується вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Флокуляція – процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Як флокулянти використовують активну кремнієву кислоту, ефіри, крохмаль, целюлозу, синтетичні органічні полімери. Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти. Коагуляція та флокуляція здійснюється у спеціальних камерах та ємностях.

Список використаних джерел

Бойчук Ю. Д. Екологія і охорона навколишнього середовища: Навчальний посібник. -Суми: Університетська книга, 2002. -283 с.
Гвоздяк П.Біохімія води як перспективний науковий напрям // Вісник Національної академії наук України. -2006. -№ 9. — С. 21-23
Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навчальний посібник для студ. вуз. -К.: Знання, 2000. -203 с.
Дуднікова І. І. Екологія: Навчальний посібник. -К.: Видавництво Європейського університету, 2006. -327, с.
Екологія: основи теорії і практикум: Навчальний посібник для студ. вузів. -Львів: Магнолія плюс: Новий Світ-2000, 2003. -293, с.
Кошель М.Експериментальна установка очищення стічних вод з використанням трофічних зв'язків мікроорганізмів, має значні переваги перед існуючими //Харчова і переробна промисловість. -2002. -№ 7. — С. 20-21
Кравець В.В., Мережко О.І. Спосіб біологічного очищення поверхневих вод. Патент. 3550345/SU. //Промислова вартість. –1983. № 3
Курик М. Екологія питної води //Краєзнавство. Географія. Туризм.. -2003. -№ 42-43. — С. 10-13
Мітченко Т. Ефективний метод очищення води //Харчова і переробна промисловість. -1998. -№ 10. — С. 24-25
Никифоров Л. Использование фильтров для очистки производственных сточных вод //Мясная индустрия. -2001. -№ 1. — С. 52-54
Радовенчик В. М.Використання залізомістких сорбентів для видалення хроматів із стічних вод //Экотехнологии и ресурсосбережение. -2003. -№ 2. — С. 61-64
Радовенчик В. Очистка стічних вод підприємств переробки макулатури магніто-сорбційним методом //Экотехнологии и ресурсосбережение. -2000. -№ 4 . — С. 28-31
Сафранов Т. Екологічні основи природокористування: Навчальний посібник. -Львів: Новий Світ-2000, 2006. -247, с.
Созанський С. Двоступеневе очищення стічних вод //Харчова і переробна промисловість. -1997. -№ 6. — С. 22-23
Стельмашук В. Эффективность биологической очистки природной воды от фосфорорганических отравляющих веществ // Экотехнологии и ресурсосбережение. -2003. -№ 1. — С. 57-60
Таварткіладзе І. Економне очищення стоків //Харчова і переробна промисловість. -1999. -№ 9. — С. 26-27
Тимофеева С.С. Биотехнология обезвреживания сточных вод //Химия и технология воды, 1995. – Т.17, № 5. С. 52-55
Чайка В. Є.Екологія: Навчальний посібник. -Вінниця: Книга-Вега, 2002. -407 с.
Челядин Л.І. Очищення стічних вод целюлозно-паперового виробництва та переробки осаду //Хімічна промисловість України. -2005. -№ 6 . — С. 51-55
Челядин Л.Дослідження очистки стічної води через техногенний матеріал //Экотехнологии и ресурсосбережение. -2001. -№ 4. — С. 47-50