Научно-исследовательский проект "Оценка эффективности работы и воздействия на окружающую среду и здоровье человека водоочистной станции" - Eстествознание - Детские исследовательские проекты - Обучение и развитие - ПочемуЧка

Введение
Очистка сточных вод – одна из наиболее острых экологических проблем современности. Разработаны различные методы, но, по мнению специалистов, ни один из них не позволяет произвести очистку полностью. Таким образом, экологически неблагополучные воды при отсутствии замкнутых циклов их использования попадают в окружающую среду и постепенно загрязняют ее токсичными веществами.
С учетом остроты указанной проблемы, объектом исследования была выбрана водоочистная станция на территории микрорайона Покровка Заднепровского района г. Смоленска. Сточные воды после очистки попадают в небольшую речушку Вязовеньку, а затем в р. Днепр. В сложившейся экологической ситуации очень важно, чтобы в Днепр попадала максимально очищенная вода, не содержащая вредных примесей, усугубляющих и без того неблагополучное экологическое состояние реки. При это нельзя не учитывать и тот факт, что Днепр – это не только Россия, но и Белоруссия и Украина. И нельзя исключить вероятность того, что «смоленская грязь», в условиях современной немноговодности Днепра на территории Смоленской области, может свободно попасть в сопредельные государства. Таким образом, главный предмет исследований - качество очистки сточных вод и остаточных илов, а также состояние природного комплекса и здоровья человека.
С учетом результатов рекогносцировочного исследования территории станции, окружающего природного комплекса и особенностей жилой застройки микрорайона была выдвинута гипотеза, которая при более детальном исследовании объекта может быть или подтверждена, или же полностью или частично опровергнута.

Гипотеза. Качество очистки сточных вод и илов не соответствует установленным санитарным и экологическим нормам, а сама станция, как серьезный техногенный фактор, оказывает негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

Цели работы: Изучить качество очистки сточных вод и илов и определить степень воздействия водоочистной станции на состояние окружающей среды и здоровье человека.

Задачи работы:
1. Изучить технические характеристики и возможности станции по очистке сточных вод
2. Провести химический анализ очищенных сточных вод и остаточных илов с последующим биотестированием.
3. Исследовать степень негативного воздействия очистной станции на окружающую среду и здоровье жителей микрорайона.
4. Разработать практические рекомендации населению по снижению негативного воздействия водоочистной станции на здоровье и ряд предложений администрации по улучшению качества очистки сточных вод и остаточных илов.
Для успешного достижения поставленной цели и проверки гипотезы использованы теоретические методы (работа с литературой; консультации со специалистами экологических лабораторий города, инженерами-экологами автоагрегатного и авиационного заводов), эмпирические (практические, лабораторные и экспериментальные работы), а также математические методы (расчеты с использованием формул, статистические исследования на базе трех муниципальных поликлиник, обслуживающих население микрорайона Покровка, визуализация данных в виде графиков и гистограмм).
Работа выполнялась весной – летом 2011 года, физико-химические исследования проводились в мае, июне и июле; результаты рассчитывались по среднему значению. Пробоотбор проводился путем смешивания воды, взятой трижды с интервалом в 15 минут, кроме проб на определение рН и содержание активного хлора (для получения объективных результатов эти исследования нужно проводить сразу при отборе!)
При исследовании экосистемы, окружающей станцию, выявилось некоторое экологическое противоречие: при отсутствии в воздухе сернистого газа наблюдается полное отсутствие лишайников. Причина этого до конца неясна.
За основу исследований взято методическое пособие под общей редакцией Т.Я. Ашихминой. Дополнительно использованы методики С.И. Денисовой, С.В. Алексеева, Д.М. Жилина, А.В. Авчинникова.
Значительную помощь в проведении исследований оказало учебное пособие Гаврилова В.П., Гавриловой В.П. «Охрана водоемов» (Нижний Новгород, 2000, 127 стр.), в котором рассматриваются вопросы химии, биологии и гидрологии, необходимые для понимания процессов очистки природных и сточных вод. Описание существующих и перспективных методов и схем очистки подается с учетом требований санитарно-гигиенических и экологических нормативов.
Интересен в этом же отношении и практикум Косова В.И. «Гидроэкология» (Тверь,1999, 237 стр.), в котором рассмотрены вопросы использования коагуляции при водоподготовке и водоотведении. Также рассмотрены процессы миграции загрязняющих веществ в подземных и поверхностных водах с учетом сорбционных и ионообменных явлений.
Обширный справочный материал по безреагентной очистке вод с использованием различных фильтров и гидроциклонов приведен в учебном пособии Сошникова И.В «Безреагентная очистка природных вод» (Хабаровск, 20002, 218 стр.).

Техническая характеристика водоочистной станции
Оценка правильности выбора площадки для строительства станции
Выбор площадки для строительства станции очистки сточных вод необходимо производить в увязке с проектом планировки и застройки канализуемых объектов с учетом решений внешних коммуникаций.
Планировка станции очистки сточных вод должна обеспечивать рациональное использование территории, как на расчетный период, так и на дальнейшее перспективное развитие станции. Компоновка и взаимное расположение сооружений должны обеспечивать: возможность строительства по очереди и расширения в связи с увеличением притока сточных вод, минимальную протяженность коммуникаций и доступность для ремонта и обслуживания. [16]
Водоочистная станция на Покровке соответствует указанным параметрам.
Площадка для станции расположена в значительном понижении, а точнее, в балке с довольно крутыми, поросшими склонами. (см. приложение 1, фото 1). Она имеет общий уклон, обеспечивающий самотечное движение сточной воды по сооружениям и отвод поверхностных вод, и располагается на территории, незатопляемой грунтовыми водами с низким уровнем и паводочными водами. Расположение станции по естественному уклону сокращает расчетные потери напора в сооружениях, соединительных коммуникациях и измерительных устройствах (см. фото 2).
Площадка, где расположена станция очистки сточных вод, находится на востоке микрорайона Покровка, т.е. с подветренной стороны для господствующих ветров теплого периода года по отношению к жилой застройке, о чем свидетельствуют метеонаблюдения.
По результатам наблюдений за ветрами в течение четырех месяцев (май - август) был получен график «роза ветров» (см. приложение 2)
Выводы: 1. На графике хорошо видно преобладание в течение теплого периода года западных, северо-западных и юго-западных ветров, т.е. станция, расположена правильно по отношению к господствующим ветрам и жилой застройке.
Примечание: Преобладание в течение года ветров западных направлений подтвердили и сотрудники Смоленской аэрологической станции, занимающиеся исследованием физических процессов, происходящих в свободной атмосфере.
2. Но нельзя не учитывать и ветры восточных направлений, т.к. в силу того, что водоочистная станция расположена на незначительном расстоянии от жилых застроек,
возможно ее негативное воздействие на жителей микрорайона.
3. В целом водоочистная станция построена с учетом особенностей мезорельефа,
общего уклона местности, с учетом господствующих ветров, что соответствует
стандартным нормам, утвержденным Санэпиднадзором России. [16]

Технические возможности станции по очистке сточных вод
При посещении станции в целях ознакомления с ее работой, была проведена встреча с инженером-экологом Смоленского автоагрегатного завода Баллером Альбертом Сергеевичем, т.к. данные очистные сооружения принадлежат их заводу. На договорной основе их используют Смоленский авиационный завод (производственные стоки) и микрорайон Покровка (бытовые стоки). Изначально производительность станции была всего 15 тысяч м3/сутки, после реконструкции до 30 тысяч м3/сутки.
Выводы. По утверждению Баллера, очищенные воды могут содержать 5-10% остаточных загрязнителей. Но не всегда очистка удовлетворяет предъявленным требованиям. Часто остаются нефтепродукты, масла, реже органические и минеральные вещества, тяжелые металлы полностью извлекаются из сточных вод.

Схемы и способы очистки сточных вод
В зависимости от степени и характера загрязнения применяются механические, химические и биологические методы очистки сточных вод.
Для улучшения качества очистки промышленных сточных вод, очистка проводится в два этапа: предочистка и первичная очистка происходит на заводских очистных установках, которые входят в общую систему очистной станции. Вторичная очистка производится непосредственно на очистной станции.
Механическая очистка - осуществляется за счет сил гравитации и адгезионных сил. [17] По утверждению Баллера А.С., на очистных сооружениях автоагрегатного и авиационного заводов осуществляют механическую очистку (или предочистку) сточных вод по следующей схеме: стержневые решетки, горизонтальные песколовки с круговым движением, отстойники, нефтеловушки и маслоотделители, фильтрационные установки (см. приложения 3, 4). Гидроциклонов, которые наиболее эффективны для задержания песка, нет. Также отсутствуют метантенки для сбраживания илов. (см. приложение 5)
Физико-химическая (первичная) очистка. Сточная вода после предочистки, подвергается процессу – сорбции, т.е. глубокой очистке от растворенных органических веществ. В данном случае в качестве сорбента применяется коксовая мелочь.
Примечание: «Сорбция - процесс обратимый, т.е. адсорбированное вещество может переходить с субстрата обратно в раствор. При этом скорость прямого и обратного процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента». [7]
Коагуляция и флотация на данных очистных сооружениях не используются.
Для удаления ионов тяжелых металлов и, особенно шестивалентного хрома, являющегося сильнейшим токсикантом, применяются ионообменные установки, которые не всегда дают 100% результат очистки (А.С.Баллер – инженер-эколог).
Биологическая (вторичная) очистка сточных вод происходит непосредственно на станции, находящейся на окраине микрорайона Покровка. Сточная вода по системе коллекторных труб, находящихся в ненадлежащем состоянии, поступает в специальные сооружения – биофильтры и аэротенки ячеистого типа, которые, по мнению Баллера, менее эффективны, чем аэротенки вытеснительного типа (фото 4,7 и приложение 6).
После биофильтра и аэротенков, очищенная вода поступает во второй отстойник, где происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды.
Примечание: После первичной и вторичной очисток в сточных водах остается NHзР и некоторые органические вещества. Для удаления этих веществ необходима третичная очистка (доочистка) с использованием извести, едкого и углекислого натра, углекислого газа. [10] Но этот вид очитки на данной станции не производится.
Обеззараживание воды производят жидким хлором или хлорной известью. Бактерицидный эффект хлорирования в значительной степени зависит от начальной дозы хлора и продолжительности сохранения в воде некоторой его остаточной концентрации. Величина необходимой бактерицидной концентрации остаточного хлора зависит от хлоропоглащаемости или хлоропотребности обеззараживаемой воды. По утверждению А.С.Баллера, концентрация свободного активного хлора в пределах ПДК (0,3-0,5мг/л).
Выводы: 1. Очистные сооружения в микрорайоне Покровка работают по основной хорошо отработанной схеме очистки сточных вод (см. приложение 3)
2.Существенными недостатками в работе водоочистной станции являются: запущенность коллекторной системы (изношенность труб, свободный доступ к ним); отсутствие гидроциклонов при механической очистке сточных вод; не использование высокоэффективных методов очистки, таких как флотация и коагуляция; полное отсутствие доочистки воды после биологической очистки.
3. Недостатком является использование хлора, который является сильнейшим токсикантом.