Охрана водных объектов от загрязнения сточными водами и рассредоточенным стоком с помощью биоинженерных систем

СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ__________________________________________________5
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОХРАНЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ВЫПУСКОВ И РАССРЕДОТОЧЕННЫМ СТОКОМ 11
2. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИС________________________ 25
2.1. Направленность структурного развития БИС_____________ 25
2.2. Основные принципы устройства БИС для доочистки сточных вод сосредоточенных выпусков и рассредоточенного стока 36
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕН -НОСТЕЙ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ НА ДИНАМИКУ ПРОЦЕССОВ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД___________________________ 47
3.1. Динамика процессов, происходящих при доочистке воды от фосфора_________________________________________________ 50
3.3.1. Динамика процессов доочистки водных масс от
фосфора в системах периодического действия ___ ___________ 51
3.1.2. Динамика процессов доочистки водных масс от
фосфора в системах постоянного действия____________________58
3.2. Динамика процессов, происходящих при доочистке воды от соединений азота в биоинженериых системах различной конструкции______________________________________________76
3.3. Динамика процессов, происходящих при доочистке воды
от тяжелых металлов в системах различной конструкции______ 88
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМЖИ ПРОЦЕССОВ В БИОИНЖЕИЕР -НЫХ СИСТЕМАХ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ВЫПУСКОВ________________________________________ 94
4.1. Изучение роли основных факторов абиотической среды на
формирование массы биологической загрузки БИС________________ 96
4.1.1. Влияние химического состава сточных вод на формирование биомассы и структуру биологической загрузки_______________ 96
4.1.2. Изучение влияния теплового загрязнения на трансформацию биологической загрузки системы доочистки____________________100
4.2. Разработка допустимых параметров ингредиентного состава сточных вод, поступающих в систему доочистки_______________ 105
4.2.1. Исследование динамики процессов доочистки водных масс
от суммы консервативных ингредиентов сточных вод_____________ 106
4.2.2. Исследование динамики процессов доочистки воды в БИС
от органического, бактериального загрязнения_________________113
4.2.3. Исследование динамики процессов доочистки воды в БИС
от*биогенных элементов_______________________________________ 127
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ РУСЛОВОГО И РАССРЕДОТОЧЕННОГО СТОКА БИОЦЕНОЗОМ ВЕРХОВЬЕВ ВОДОХРАНИЛИЩ________________________________________136
5.1. Расчет массы загрязнения, поступающего в верховья_______ 140
5.2. Исследование динамики процессов очистки водных масс от биогенного и фитопланктонного загрязнения биоценозом верховьев водохранилища______________________________________________ 147
5.3. Расчет эффективности биологической загрузки из манника большого в БИС верховьев водохранилища______________________157
5.4. Обоснование устройства БИС в верховьях водохранилища
для очистки руслового и рассредоточенного стока_______________159
5.5. Динамика процессов доочистки воды от фитопланктона наплавным биоплато водозаборного канала ; 163
6. ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИС ДЛЯ ОХРАНЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ И РАССРЕДОТОЧЕННЫМ СТОКОМ _ 170
22
сточных вод сосредоточенных выпусков до поступления их в водный объект или в самом водном объекте (рассредоточенный сток). Решение данной проблемы возможно на основе экотехнологического подхода, позволяющего с учетом биотического состояния водного объекта, регулировать процессы самоочищения водных масс путем усиления роли определенного звена трофической цени, а также создавать системы с искусственным биоценозом, используемым для доочистки сточных вод перед поступлением их в водный объект.
Вероятно, доочистка сточных вод промышленности, коммунального хозяйства и рассредоточенного стока решаема с помощью биологических объектов, и в частности, высшей водной растительности. Подтверждением правильности такого положения является внимание многих исследователей к вопросу очистки и доочистки сточных вод с помощью высшей водной растительности (87-97).
Интерес исследователей к высшей водной растительности обусловлен ее важной положительной ролью в процессах самоочищения водных масс от химических ингредиентов (98-107). Поглощая значительное количество биогенных элементов, они способствуют снижению уровня эв-трофирования водоемов (108-114). Высшие водные растения, выполняя роль биофильтров, способствуют осаждению взвешенных и органических веществ, поступающих в водоем с площади водосбора (115-117). Насыщая воду кислородом, ВВР создают благоприятные условия для нереста рыб и нагула молоди (118-124), жизнеобитания животных (125,126), интенсифицируют очистку воды от нефтепродуктов за счет спутников из числа нефтеокисляющих бактерий (127- 135).
Не менее важную роль высшие водные растения выполняют в регуляции “цветения” воды (136-138). Обычно заросшие макрофитами участки водоема не “цветут” (139-141). Это определяется многими факто-
23
рами. Прежде всего, конкуренцией за биогенные вещества, которые поглощаются высшими водными растениями в большом количестве (142-146). Немаловажную роль в регуляции процессов размножения водорослей играют и метаболиты высших водных растений, проявляющие фитонцидные свойства и угнетающие развитие водорослей (147-150). Существенно также, что в процессе фотосинтеза макрофиты насыщают воду кислородом, а также затеняют нижележащие слои воды, что создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности синезеленых водорослей и образования первичной продукции фитопланктоном (151-154).
Разностороннее положительное влияние высшей водной растительности на внутриводоемные процессы, в аспекте интенсификации процессов самоочищения, дает основание для более глубокого изучения данных вопросов с целью разработки биоинженерных технологий использования БИС в охране водных объектов от антропогенного воздействия.
Попытки некоторых исследователей в этом направлении, как правило, завершались отчетами о выполненных исследованиях без практического выхода. Как показывает практика (156-158), организация биоинженерных систем требует экосистемного подхода при разработке биоинженерных технологий. Учитываются особенности формирования биоценоза в зависимости от категории сточных вод, подаваемых на доочистку. Учитываются зональные особенности при подборе высшей водной растительности в биоинженерное сооружение, требующего разработки вопросов не только изъятия из системы избыточной биомассы макрофитов в конце вегетации, но и решения вопроса удаления из системы донных отложений, сформированных взвешенными веществами сточных вод, подаваемых на доочистку. К тому же, при решении вопросов доочистки сточных вод с помощью биоинженерных технологий, более правильным следует считать термин «биоинженерные системы», а не «биоинженер-