Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №85 (сентябрь) 2020
Разделы: Экология
Размещена 16.09.2020. Последняя правка: 24.10.2020.
Просмотров - 238

Исследование возможности использования ряски малой (Lemna L.) для очистки сточных вод

Дубовец Денис Леонидович

-

ОАО "Управляющая компания холдинга "МИНСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД"

Инженер по охране окружающей среды 2 категории

Аннотация:
Представленная статья является результатом теоретического и экспериментального исследования возможности использования ряски малой в качестве биологического фильтра очистки сточных вод. Описываемое в работе экспериментальное исследование проводилось путем интродукции ряски малой, изъятой из природной среды обитания, в сточную воду, отобранную на реальном производственном объекте. Оценка аккумулирующей способности исследуемого растения проводилась по таким показателям как нефтепродукты, общее железо, сухой остаток, взвешенные вещества, хлорид-, сульфат и фосфат-анионы, а также катионы аммония, цинка и хрома шестивалентного. По результатам проведенного исследования, делается вывод, что ряска малая может быть использована в качестве дополнительной ступени очистки городских сточных вод. Предложены направления возможного использования растущей растительной биомассы в качестве мульчи, сырья для компостирования и корма животных.


Abstract:
This article is the result of a theoretical and experimental study of the possibility of using small duckweed as a biological filter for wastewater treatment. The experimental study described in this paper was carried out by introducing small duckweed removed from the natural habitat into the waste water selected at a real production facility. Assessment of the storage capacity of the studied plant was carried out by such indicators as petroleum products, total iron, dry residue, suspended solids, chloride, sulfate and phosphate anions, as well as cations of ammonium, zinc and hexavalent chromium. According to the results of the study, it is concluded that small duckweed can be used as an additional stage of urban wastewater treatment. The directions of possible use of growing plant biomass as mulch, raw materials for composting and animal feed are suggested.


Ключевые слова:
сточная вода; очистка; растение; ряска малая; загрязняющие вещества

Keywords:
waste water; cleaning; plant; small duckweed; pollutants


УДК 574.635

Цель работы – определение возможности использования ряски малой (Lemna L.) для очистки сточных вод.

Задачи работы:

– изучить, какие виды растений в настоящее время используются для очистки сточных вод;

– провести отбор проб сточных вод на реальном объекте;

– выявить место произрастания ряски малой в природной среде и провести отбор биомассы для проведения лабораторного исследования;

– провести лабораторное исследование и обобщить полученные результаты.

Актуальность работы связана со стремлением поиска способа очистки сточных вод, имеющего наибольшую эффективность и наименьшую затратность без применения дорогостоящего технологического оборудования.

Научная новизна работы заключается в экспериментальном исследовании эффективности очистки сточных вод от различных видов загрязнителей с помощью растения, по которому имеется недостаточное количество информации по возможности использования в качестве биофильтра.

Введение

Биологическая очистка сточных вод – комплекс мероприятий, направленных на удаление из сточной воды загрязняющих веществ с помощью живых организмов (микроорганизмы, растения), использующих эти вещества в своей жизнедеятельности для роста и развития.

В настоящее время, отечественными и зарубежными учеными накоплен определенный опыт по возможности использования высших и низших растений в практике очистки сточных вод.

Во многих странах Северной и Южной Америки, довольно широко используются системы очистки шахтных вод на плантациях камыша и тростника. Известны случаи использования сооружения с камышовой растительностью для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в Нидерландах, Японии, Китае. Стойкость камыша к действию больших концентраций загрязняющих веществ позволила довольно успешно использовать его для очистки сточных вод свиноводческих комплексов в Великобритании. Положительный опыт очистки сточных вод с применением эйхорнии, узколистого рогоза, многокоренной спироделлы и элодея накоплен в Российской Федерации, Украине, Республике Беларусь и Китае.

Основная часть

Представленная работа, является продолжением анализа отечественных и зарубежных ученых по возможности использования растений для очистки сточных вод от загрязняющих веществ различной природы, основанная на эмпирических исследованиях.

В качестве объекта исследования было выбрано однолетнее цветковое растение семейства аройдных – ряска малая (Lemna L.). Выбор именно это вида растения основан на имеющейся подтвержденной научными исследовании информации, о его необычайно высокой продуктивности. Сухая масса ряски в нормальных условиях увеличивается на 10-20 тонн/(га ⸱ год), при этом удвоение биомассы происходит за 24 часа. В неделю, на каждый грамм сухой массы растения, образуется 64 г.

Для оценки способности ряски аккумулировать загрязняющие вещества, был проведен отбор пробы хозяйственно-бытовых сточных вод, образующихся на машиностроительном предприятии, основным видом деятельности которого является производство двигателей внутреннего сгорания.

Источником образования хозяйственно-бытовых сточных вод на данном предприятии являются бытовые помещения (уборные, умывальные, душевые, помещения для личной гигиены женщин, помещения для приготовления пищи и пр.).

В таблице 1 приведена информация о начальной концентрации веществ, содержащихся в сточной воде, полученная на основании лабораторных исследований, проведенных аккредитованной испытательной лабораторией.

 

Таблица 1 – Содержание загрязняющих веществ в сточной воде

Наименование определяемого показателя

Полученный результат, мг/дм3

Нефтепродукты

0,68

Взвешенные вещества

195,0

Сухой остаток

458,0

Cl

111,6

SO42-

98,7

PO43-

3,1

Cr6+

0,082

Железо общее

1,48

Zn2+

0,85

NH4+

5,3

 

Выбор наименований определяемых показателей не случаен и связан с одной стороны – требованием организации, осуществляющей прием сточных вод отводимых от промышленного предприятия, приводить сбрасываемые сточные воды к соответствию установленным значениям предельно допустимых концентраций, установленных в Решении Мингорисполкома №55 от 23.01.2003 «Об условиях приема сточных вод в хозфекальную канализацию г. Минска», с другой стороны – ограничением аттестата аккредитации лаборатории, осуществляющей контроль сточных вод.

Подготовка к проведению эксперимента

Отобранная в приемном колодце сточная вода была помещена в прямоугольную прозрачную емкость (аквариум) размером 40х30х30 см (длинна, ширина, высота). Объем помещенной для анализа сточной воды составил 30 дм3.

Для начала анализа, в емкость со сточной водой были помещены образцы ряски, в количестве 4 грамма. Объект исследования был отобран в Чижовском водохранилище, находящемся в границах г. Минска и питаемого рекой Свислочь.

Оценка аккумулирующей способности ряски проводилась в течении шести дней (далее – период исследования). В течении каждого дня периода исследования, проводился анализ воды на содержание веществ, приведенных в таблице 1, контролировалась температура сточной воды и окружающей среды, визуально оценивался объем увеличения биомассы в объеме сточной воды.

Ход эксперимента

Первый день. В течении первых суток проведения эксперимента, визуально было выявлено увеличение прозрачности сточной воды. По мнению исследователя, причина данного явления связана с оседанием взвешенных веществ под действием силю тяжести, о чем свидетельствует слой образовавшегося осадка на дне исследуемой емкости. Увеличение объема биомассы не наблюдалось. Температура сточной воды в емкости находилась в диапазоне от 15,1оС (утро) до 16,2 оС (вечер).

Второй день. Визуальным осмотром было выявлено увеличение площади биомассы ряски до 1/3 (на 25 % по отношению к первоначальному уровню) от общей площади поверхности водного зеркала (0,12 м2). Температура сточной воды в емкости находилась в диапазоне от 15,3оС (утро) до 16,2 оС (вечер).

Третий день. Биомасса ряски полностью закрыла поверхность водного зеркала на 80 %. Отмечено увеличение прозрачности сточной воды. Температура сточной воды находилась в пределах от 15,4оС (утро) до 16,0 оС (вечер).

Четвертый день. Биомасса ряски полностью закрыла поверхность водного зеркала. Температура сточной воды находилась в пределах от 15,3оС (утро) до 16,0 оС (вечер).

Пятый день. Визуальным наблюдением было установлено увеличение корневой и лиственной частей ряски малой в исследуемой емкости. Температура сточной воды находилась в пределах от 15,4оС (утро) до 16,0 оС (вечер).

Шестой день. Окончательным осмотром исследуемой емкости установлено увеличение объема биомассы ряски малой и прозрачности сточной воды по отношению к предыдущему дню исследования. Температура сточной воды находилась в пределах от 15,4оС (утро) до 15,8 оС (вечер).

После извлечения из сточной воды и высушивания в атмосферном воздухе на протяжении 60 минут, было проведено взвешивание биомассы ряски, учувствовавшей в процессе очистки. По результатам взвешивания, масса ряски малой составила 15,8 грамм.

Результаты эксперимента 

В таблице 2 приведена информация о результатах проведенных лабораторных исследований сточной воды, отобранной из емкости для исследования в разные дни периода исследования.

 

Таблица 2 – Результаты эксперимента

Наименование определяемого показателя

Результаты исследования, мг/дм3

Начальное значение

Первый

день

Второй день

Третий день

Четвертый день

Пятый день

Шестой день

Нефтепродукты

0,67

0,67

0,65

0,62

0,57

0,52

0,49

Взвешенные вещества

195

164

148

131

115

110

103

Сухой остаток

458,0

422

392

367

334

308

285

Cl

111,6

109,7

101,2

91,4

83,3

77,1

72,5

SO42-

98,7

96,4

94,2

91,1

88,7

82,4

77,9

PO43-

3,1

3,01

2,81

2,51

2,15

1,75

1,41

Cr6+

0,082

0,08

0,077

0,07

0,064

0,06

0,058

Железо общее

1,48

1,45

1,38

1,3

1,2

1,11

1

Zn2+

0,85

0,83

0,79

0,75

0,72

0,65

0,61

NH4+

5,3

5,14

4,62

4,12

3,71

3,43

3,01

 

На рисунке 1 представлены кривые, характеризующие изменение концентраций загрязняющих веществ с течением времени.

 

 

Рисунок 1. Кривые изменения концентраций загрязняющих веществ в сточной воде


Анализ кривых показывает не только снижение концентрации веществ в сточной воде, но также и увеличение темпа этого процесса. Предполагается, что увеличение скорости снижения концентрации веществ связано с ростом объема биомассы, требующей дополнительного количества питательных элементов для своего роста и развития.

 Резкое падение концентрации взвешенных веществ в первый день проведения опыта, приведенное на кривой изменения, по мнению исследователя, связано с седиментацией твердых частиц на дно емкости под действием силы тяжести. В последующие дни исследования, снижение содержания мелкодисперсных частиц во взвешенном состоянии связано с их прилипанием к корням ряски.

Быстрое снижение концентрации катиона аммония и фосфат-аниона, связаны в первую очередь с тем, что они являются носителями биогенных элементов азота и фосфора, которые используются растениями для продолжения своего роста и развития.

В таблице 3 приведена информация об общем количестве извлеченных загрязняющих веществ с помощью ряски, с учетом общего объема сточной воды находящегося в емкости для исследования.

 

Таблица 3 – Результаты эксперимента

Наименование определяемого показателя

Масса извлеченный загрязняющих веществ, мг

Степень извлечения загрязняющих веществ, %

на 1 дм3 сточной воды

Общая

На 1 грамм извлеченного растения

Нефтепродукты

0,180

5,4

0,342

47,2

Взвешенные вещества

92,000

2760

Не может быть принята во внимание

Сухой остаток

173,000

5190

328,5

37,8

Cl

39,100

1173

74,2

35,0

SO42-

20,800

624

39,5

21,1

PO43-

1,690

50,7

3,2

54,5

Cr6+

0,024

0,72

0,05

29,3

Железо общее

0,480

14,4

0,91

32,4

Zn2+

0,240

7,2

0,6

28,2

NH4+

2,290

68,7

4,3

43,2

 

Заключение

Результаты проведенного исследования показали среднюю эффективность очисти сточных вод при помощи ряски малой (Lemna L.) от таких загрязнителей как фосфат-ионы, хлорид-ионы и ионы аммония. Приведенные показатели, по мнению исследователя, являются удовлетворительными для биологического организма, проводившего очистку сточной воды, низкой степени загрязненности.

Поскольку визуальными наблюдениями, проводимыми в ходе лабораторного исследования, был установлен факт осаждения взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде, на дно исследуемой емкости, было принято решение не принимать во внимание полученные результаты по снижению концентрации взвешенных веществ, поскольку движущая сила данного процесса (сила тяжести) не связана с жизнедеятельностью исследуемого растения, а является следсвием действия физических законов.

По мнению исследователя, наряду с камышом, эйхорнией и другими видами растений, ряска малая может быть использована в качестве дополнительной ступени очистки городских сточных вод, установленной перед местом сброса сточных вод с городских очистных сооружений в водный объект.

Возведение сооружений биологической очистки сточных вод, использующих водную растительность, не требует баснословных финансовых вливаний, а эксплуатационные расходы будут связаны только с необходимостью проведения периодического извлечения разрастающейся надводной растительности.

Направления использования скошенной растительности, принимавшей участие в очистке сточных вод, может быть связано с их непосредственным внесением в почву в качестве удобрения (мульчирование земель), приготовлением высокопродуктивного органического удобрения (компоста) или использованием в качестве корма для животных. В любом случае, выбор метода использования растительности, должен проводится на основании результатов ее химического анализа и соопоставления полученных значений с предельными значениями, установленным санитарно-гигиеническим и природоохранным законодательством.

Библиографический список:

1. Вайсман, Я. И. Использование водных растений для доочистки сточных вод / Я. И. Вайсман, Л. В. Рудакова, Е.В. Калинина // Экология и промышленность России. – 2006. – №11. – С. 9-11.
2. Чачина С.Б. Использование высших водных растений: эйхорнии, ряски малой и валлиснерии спиралевидной для доочистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» / С.Б. Чичина // Экология. – 2011. – С. 196-200.
3. Bonomo L., Pastorelli G., Zambon N. Advantages and limitations of duckweed-based wastewater treatment systems / L. Bonomo // Water Science and Technology. – 1997. Vol. 35. P. 239-246.
4. Mohammed Ali Al- Hashimi, Rasha Azeez Joda Treatment of Domestic Wastewater Using Duckweed Plant / Mohammed Ali Al- Hashimi // Journal of King Saud University - Engineering Sciences. – Jan. 2010. Vol. 22. P. 11-18.
5. John Zirschky, Sherwood C. Reed The Use of Duckweed for Wastewater Treatment / John Zirschky // Journal Water Pollution Control Federation. – Jul. 1988. Vol. 60. P. 1253-1258.
6. DUCKWEED: A tiny aquatic plant with enormous potential for agriculture and environment: [Electronic resource] // Food and Agriculture Organization of the United Nations. URL: http://www.fao.org/ag/againfo/resources/documents/DW/Dw2.htm/. (Date of request: 17.09.2020)




Рецензии:

16.09.2020, 19:44 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Статья обладает признаками актуальности, основана на экспериментально-лабораторных работах, выражает практическую пользу. По микроскопической библиографии о её новизне судить невозможно. На взгляд рецензента, крайне необходимо автору провести дополнительный поиск источников, включая зарубежных исследователей (например, Канада, Юго-Восточная Азия и др.). Аннотацию расширить полученными результатами. Более детально (без аргументации) привести их в Заключении (а не выводы, т.к. выводы - это пораздельный модуль). Проверить описки типа "Способность ряски малой к стремительному увеличению своей биомассы, может быть полезно" (вместо полезна, или перестроить предложение). В принципе работа рецензенту понравилась, и после учёта его замечаний может быть опубликована, может даже в двух разделах, т.к. имеет отношение и к агрономии в некоторой степени.

21.09.2020 18:18 Ответ на рецензию автора Дубовец Денис Леонидович:
Уважаемый Эдуард Григорьевич, прошу Вас повторно рассмотреть вышеприведенную статью на возможность публикации в данном периодическом издании после проведенного внесения изменений и дополнений. С уважением - Денис Леонидович!

22.09.2020, 0:06 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Посмотрите ещё раз синтаксис ("обитания, в сточную воду") и др. В конце аннотации желательно изменить неопределённую рекомендацию в определённую. Например. "Делается вывод, что ряска малая может быть использована в качестве дополнительной ступени очистки городских сточных вод в экологически значимый водный объект". Статья переработана и может быть рекомендована к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх