-
ОАО "Управляющая компания холдинга "МИНСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД"
Инженер по охране окружающей среды 2 категории
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.
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.