Работа Худоназарова А.С.: "Эффективность очистки сточных вод с использованием водного гиацинта (на примере Гиссарского района Таджикистана)"

Автор работы: Худоназаров А. С. магистрант Казахстанского-Немецкого Университета по программе Интегрированное управление водными ресурсами (ИУВР)

В условиях нехватки воды и быстрого увеличения количества водоемов, в которых качество воды оценивается как неудовлетворительное, ключевым фактором выступает сбережение и охрана водных объектов. В этом случае целесообразным является совершенствование и внедрение новых методов биологической очистки водоемов и поставка для орошения полностью очищенной воды. Существующая в Гиссарском районе Таджикистана система технической очистки сточных вод является капиталоемкой, трудоемкой, энергоемкой и требует постоянного контроля со стороны местных властей так как очень часто возникают сбои в очистных станциях. Данная проблема остро ощущается в условиях дефицита государственного бюджета. Одной из альтернатив решения проблемы служит биологическая очистка сточных вод с использованием высшей водной растительности – эйхорнии, которое используется уже много лет в разных странах мира. Преимущество данного метода определяется низкой капиталоемкостью по сравнению с промышленными способами, но он требует использования больших водных площадей, длителен по времени и требует периодического удаления накопившихся в прудах - отстойниках шламов. Природа предоставила нам легкий метод очистки окружающей среды и стоит обратит этому больше внимания.

Является ли эффективным очистка сточных вод с использованием водного гиацинта – эйхорнии? Работа исходит из гипотезы, что биологическая очистка воды является одним из перспективных методов очистки и использование данного метода позволяет извлечь экономическую, экологическую и техническую выгоду.

Для этого были поставлены следующие задачи:

• изучить и проанализировать физико-химические и биогенные свойства водного гиацинта;
• изучить показатели очистки сточных вод биологическим и техническим методом;
• провести сравнительный экономический анализ очистки сточных вод биологическим и традиционным методом;

Изучение и анализ физико-химических и биогенных свойств эйхорнии

Водный гиацинт неоднократно доказывал способность регулирования качества воды благодаря очищающим свойствам и поглощению вредных химических и биогенных элементов, которые попадают в водоемы и подземные воды через неочищенные сочные воды. Следовательно, эти воды наносят существенный вред экосистеме и здоровью человека. Согласно зарубежным исследованиям, полученные результаты очистки сточных вод с применением эйхорнии полностью соответствуют и отвечают требованиям и санитарно-гигиеническим нормам, предъявляемым к качеству воды. С помощью данного метода очистки можно избавиться от всех загрязнителей воды, среди которых нефтепродукты, технические масла, навоз, фенолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, минеральные соли. Эйхорния, аналогично других водных растений, способна в значительных количествах накапливать в себе тяжёлые метали, таких как свинец, ртуть, медь, кадмий, марганец, никель, кобальт, цинк, хром и другие. Более того, все лица вовлеченные в процесс очистки сточных вод, сходятся во мнении, что традиционные методы более затратные по сравнении с этой технологией [1].

Эйхорния обладает такими физическими характеристиками, которые позволяют использовать эту технологию и в наших странах. Это растение может применятся в условиях где температура стоков в течение двух месяцев не понижается ниже 16 градусов. Результативность очистки воды в тёплые периоды года намного выше. В зависимости от повышения температуры и длительности светового дня активность вегетации растения возрастает. Эта активность делает использование данного метода еще более эффективным при очистки сточных вод. Питательными веществами для размножения водного гиацинта служат высокотоксичные вещества, которые эйхорния накапливает в себе в процессе очистки. Стоит отметит, что, чем выше степень загрязнённости воды, тем скорее темп вегетации водного гиацинта. Когда вода очищается и нет больше веществ для дальнейшего роста, растение прекращает вегетацию [1].

Так как, после очистки растение содержит в себе высококалорийные вещества, ее можно использовать как добавку в корм для скота и птицы [1].

Показатели очистки сточных вод биологическим и техническим методом

Согласно научным данным, из всех существующих методов очистки сточных вод, которые включают механический, химико-механический, физико-химический методы, а также биологический метод с применением высшей водной растительности, самым эффективным является последний. Оценочная степень очистки механическим способом равняется 30-40 процентам, химико-механическим способом - 40-50 процентам, физико-химическим методом - 50-75 процентам и биологическим с применением водного гиацинта равняется 80-95 процентам [2].

Проведенное исследование с применением эйхорнии в Гиссарском районе Таджикистана подтвердило факт, что при применении данной технологии сточная вода, содержащая в себе множество химических веществ, была очищена до 96 процентов. При этом следует учитывать, что эти воды не проходили предварительную механическую очистку, так как более 80 % канализационно-очистных сооружений не работают. Причиной этому служит физическая и моральная изношенность сооружений. Функционирующие канализационно-очистные сооружения работают с очень низкой эффективностью [3].

Проектная мощность канализационно-очистных сооружений Гиссара составляет 9000 м³/сутки. На сегодняшний день фактический объем сточных вод, который туда поступает близок к 15000 м³ в сутки. Из них 6000 м³ ежедневно выбрасывается в каналы и реки без предварительной очистки и обеззараживания [3]. Следует принимать во внимание, что не все население использует централизованную канализационную сеть. В настоящее время только 24 % населения в городах Гиссар, Сомониён, Шахринав, и Турсунзаде подключёны к системам канализации. По проекту “Водоснабжение в Таджикистане II: модернизация систем водоснабжения центральных городов и районов Таджикистана”, который был рассмотрен 8 июля 2015 года, к этому числу планируется добавить еще 17 % населения, что может усугубить существующую проблему, несмотря на то, что проектом рассматривается улучшение очистки сточных вод [4].

Таким образом, результаты проведенных лабораторных исследований позволили подойти к этому методу более серьёзно. Появились идеи о том, что плантация эйхорнии может заменить существующие современные сооружения по очистке сточных вод. В лабораторных условиях сточная вода которая содержала в себе 298 мг/л взвешенного вещества, после очистки с использованием эйхорнии этот показатель сократился до 17,2 мг/л. Содержание аммония перед испытанием составило 40,7 мг/л, после очистки - 3,3 мг/л. Содержание железо до очистки составило 3,0 мг/л, после опыта - 1,3 мг/л. Фосфаты до опыта составили 5,7 мг/л, после - 0,4 мг/л. Нефтепродукты содержались в объеме 2,6 мг/л до опыта, после опыта полностью отсутствовали. Также после очистки не были обнаружены фенолы, которые до очистки составляли 85 мг/л. Сульфиды тоже полностью утилизировались, которые содержались в объёме 7,5 мг/л [3].

Если сравнить эти показатели с показателями полученных с очистных сооружений, то сразу можно увидеть разницу. Так, например, растворимый кислород в стоках очистных сооружений составлял 0,1 мгО₂/л, а в стоках, очищенных эйхорнией, составлял 2,4 мгО₂/л. Окисляемость в первом варианте была равна 8,96 мг/л, а во втором варианте составляла больше 26,54 мг/л. Аналогичная разница и с нитратами, которые в стоках очистных сооружений содержались в объеме 0,78 мг/л, а в стоках, очищенных с помощью водного гиацинта составляли всего 0,0848 мг/л [3].

В нынешних условиях и состоянии канализационно-очистных сооружений Гиссарского района и республики в целом, когда больше половины сточных вод полностью или вообще не очищаются, и приводят к ухудшению экосистемы и здоровья населения, этот метод может стать выходом из сложившийся ситуации. Кроме того, можно осуществить замкнутую систему обратного водоснабжения предприятий и промышленности, так как вода после очистки соответствует всем нормам, предъявляемым к качеству воды.

Сравнительный экономический анализ отчистки сточных вод биологическим и традиционным методом

Экономическая эффективность очистки сочных вод биологическим методом, которая была подсчитана экономистами, еще более привлекает внимание. Были сравнены затраты, при использовании водного гиацинта и традиционного метода. Как выяснилось, традиционные затраты многократно превышают затрат при применении биотехнологий. Кроме этого, если говорить о возможных доходах от использования эйхорнии, то нельзя не отметить, что эйхорния является прекрасным кормом для животных, птиц и рыб. От одного гектара очистных прудов или отстойников можно получить от 300 до 1500 тон зеленой массы, из которого после переработки можно получить 15-30 тон сухого корма [1].

В России фирма, которая внедряла эту технологию за 25500 долларов США получила прибыль свыше 85000 долларов США. Она состояло из более 10200 долларов США от экономии оплаты регулярных штрафов за нанесение вреда окружающей среды и более 68000 долларов США от продажи высококалорийного корма для животноводства и птицеводства [5].

Что касается технического метода очистки, то 8 июля 2015 года был рассмотрен проект “Водоснабжение в Таджикистане II: модернизация систем водоснабжения центральных городов и районов Таджикистана”. Данный проект предусматривает финансирование мероприятий по улучшению объектов водоснабжения и очисти сточных вод в 20 городах и районах включая Гиссарский район. Этот проект будет реализован за счет кредита на сумму 8 миллионов долларов США, который планирует предоставить Европейский банк развития и реконструкции. Кроме этого, еще 8 миллионов долларов США будут выделены в виде гранта международным донором [4].

Проект предусматривает два транша:

• транш I уже выделен в размере 4 млн. долл. США на цели модернизации водоснабжения и сбора сточных вод в Гиссаре, Сомониён, Шахринав и Турсунзаде;
• транш II в размере 4 млн. долл. США, который предполагается на цели улучшение сбора, отведения и очистки сточных вод в этих же районах и городах, еще не выделен;

Общая стоимость проекта составляет 17,3 млн. долл. США, включая техническое сотрудничество. Одной из основных целей проекта является обеспечение очистки сточных вод, но при этом в самой концепции проекта говорится, что очищенная вода не будет соответствовать нормативам для сбросов [4]. Следовательно, возникает вопрос, почему стоит вкладывать достаточно большое количество денег, зная, что результаты будут неудовлетворительными и экономическая эффективность почти не проявляется

Таким образом, можно сделать вывод, что биологическая очистка сточных вод с применением высшей водной растительности – эйхорнии является эффективнее с экономической точки зрения по сравнению с техническим методом. Эффективность проявляется не только во внедрении и эксплуатации данной технологии, но и в качестве источника дополнительной прибыли.

Заключение

Исходя из выше изложенного можно говорить о том, что стоит задуматься о широком применении данной технологии, так как водный гиацинт обладает уникальными физико-химическими и биогенными свойствами. Более того, простота внедрения и эксплуатации данной технологии по сравнению с традиционной технологией, позволяет многократно снизить расходы.

Согласно полученным данным, разница в качестве воды после очистки биологоческим методом и после очистки техническим методом значительная. Иными словами, водный гиацинт намного лучше справляется с очисткой сточных вод. Следовательно, это может быть самим простым и эффективным выходом из сложившийся ситуации в Гиссарском районе.

Не остается незамеченной и экономическая целесообразность применения данного метода. Результаты сравнительного экономического анализа двух методов очистки доказали, что биологический метод очистки сточных вод с применением водного гиацинта является самым эффективным на сегодняшний день. Более того при благоприятных условиях данная технология может послужить источником дохода от продажи высококалорийного корма для домашних животных.

Таким образом гипотеза получила подтверждение, доказывая, что биологическая очистка сточных вод с применением водного гиацинта является эффективной.

Литература

1 Мережко А. И. Роль высших водных растений в самоочищении водоемов // Биологический журнал. – 1973. – №4. – С. 18-20.

2 Белоконев Е. Н., Попова Т. Е., Пурас Г. Н. Водоотведение и водоснабжение: Учебное пособие для бакалавров. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2012. – 215 с.

3 Мониторинг системы водоснабжения и водоотведения в Таджикистане. // Отчет. – 2007. – С. 8-10.

4 Водоснабжение в Таджикистане II: улучшение систем водоснабжения центральных городов и районов Таджикистана. // Муниципальная и природоохранная инфраструктура. – 2015. – № 47057. – С. 2-15.

5 Эйхорния – чудо – растение очищающее сточные воды // Живая страничка // http://a-forester.livejournal.com/35721.html?page= (был доступен 14 ноября 2015 года)