В статье представлен анализ учебного пособия д-ра тех. наук, проф. Луканина А.В. «Процессы и аппараты очистки сточных вод и переработки осадков». Несмотря на важность и актуальность данной проблемы, не достаточно современных учебников, систематизирующих и обобщающих данные по существующим методам биологической очистки сточных вод, глубоко анализирующих процессы, происходящие при взаимодействии живых организмов при усвоении органических и других загрязнений как между собой, так и с этими загрязнениями в пищевых цепях на разных трофических уровнях, рассматривающих материалы по очистке сточных вод как в естественных, так и в искусственных условиях, описывающих конструкции очистных сооружений и приведприводящих методы инженерных расчётов. Эти пробелы частично восполняет новое учебное пособие А.В. Луканина.
решетки, отстойники, аэротенки, биофитры, активный ил, осадки сточных вод, метантенки, биогаз, сгущение, фильтрация
В настоящее время, когда загрязнение окружающей среды особенно сильно отражается на состоянии открытых водоемов, очистка сточных вод приобретает первостепенное значение как элемент контролируемого и управляемого воздействия человека на природу. Повышение концентрации загрязнений может привести к развитию в водоемах необратимых процессов, способствующих их истощению. Резкое возрастание количества сточных вод создает серьезную угрозу исчерпания запасов пресной воды в густонаселенных и экономически важных районах. В связи с этим, резко возрастает необходимость создания технологий, охраняющих и охрана и рационально использующих водные ресурсы, предусматривающие защиту их от загрязнения и истощения, глубокую очистку загрязненных сточных вод на очистных станциях с последующим их использованием в техническом водоснабжении, а также сокращение и даже прекращение сброса промышленных сточных вод в реки. В последние десятилетия серьезной проблемой в промышленно развитых странах стало увеличивающееся загрязнение почв и донных осадков. В течение долгого времени складирование отходов в почве рассматривалось как безопасный прием, поскольку попавшие в нее загрязнения могут разлагаться за счет естественных процессов. Однако продолжающийся рост загрязнения атмосферы, морей и океанов, поверхностных вод и подповерхностных пористых сред (почв, водоносных горизонтов) приводит к увеличению объемов и уровня накопления вредных веществ в различных почвенных средах и, как следствие, в продуктах сельского хозяйства, что придает новое содержание проблеме улучшения качества почв, повышения их плодородия, стоящей перед человеком со времен возникновения земледелия. Масштабными стали случаи загрязнения экосистем нефтью. В Российской Федерации ежегодные прямые проливы только нефти (без учета попадания в окружающую среду нефтепродуктов) оцениваются в 1–2 млн т.
Несмотря на важность и актуальность данной проблемы, не достаточно современных учебников, систематизирующих и обобщающих данные по существующим методам биологической очистки сточных вод, глубоко анализирующих процессы, происходящие при взаимодействии живых организмов при усвоении органических и других загрязнений как между собой, так и с этими загрязнениями в пищевых цепях на разных трофических уровнях, рассматривающих материалы по очистке сточных вод как в естественных, так и в искусственных условиях, описывающих конструкции очистных сооружений и приведприводящих методы инженерных расчётов. Эти пробелы частично восполняет новое учебное пособие А.В. Луканина «Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод» [6]. Учебное пособие А.В. Луканина, ставшее итогом многолетней работы автора [1–5, 7–17], предназначено для студентов, аспирантов, преподавателей вузов, научных работников, инженеров-технологов и других специалистов, обучающихся и работающих в области инженерной защиты окружающей среды, так как очевиден рост практической потребности в экономичных, эффективных, экологически чистых и безопасных методах очистки природных сред стимулировал развитие биологических методов и использование биотехнологий, основанных на способности живых организмов концентрировать и разлагать загрязнения.
В настоящее время в индустриально развитых странах биологические методы все более активно используются для решения проблем очистки загрязненных сред и восстановления нарушенных экосистем. Найдены, селекционированы или созданы генно-инженерными методами микроорганизмы, способные эффективно разлагать многие загрязнения, которые раньше считались устойчивыми к биодеградации; разработаны биологические тест-системы, способные селективно и оперативно определять загрязнения природных сред в различных концентрациях, вплоть до следовых количеств; достижения инженерной мысли позволили создать высокопроизводительные биореакторы, действенные и селективные методы разделения; активно разрабатываются технологии применения генетически модифицированных бактерий для деградации опасных веществ в биореакторах.
В учебном пособии достаточно полно систематизированы и обобщены научные данные по существующим методам биологической очистки сточных вод и переработки осадков. Изложенный материал построен на глубоком анализе процессов происходящих при взаимодействии живых организмов при усвоении органических и других загрязнений, как между собой, так и с этими загрязнениями в пищевых цепях на разных трофических уровнях. Рассмотрены материалы по очистке сточных вод как в естественных, так и в искусственных условиях. Подробно описаны конструкции этих сооружений и приведены методы инженерных расчётов.
Предлагаемая книга ставит целью ознакомить читателей с теорией и практикой проектирования современных сооружений, которые составляют основу биологической очистки сточных вод. Для каждого из перечисленных сооружений приведены методики расчета.
Пособие состоит из трех частей.
В первом разделе рассмотрены механические способы очистки сточных вод. Дан подробный анализ состава и свойств сточных вод, приведены остовополагающие определения: нитрификации и денитрификации, растворения и потребления кислорода, биохимическая и химическая потребность в кислороде и проч.
В пособии дано классическое определение сути механической очистки сточных вод и приведены основные методы реализации этого процесса: «Механическая очистка – это выделение из сточных вод находящихся в них нерастворенных грубодисперсных примесей, имеющих минеральную и органическую природу. Для этого применяются следующие методы:
- процеживание – задержание наиболее крупных загрязнений и частично взвешенных веществ на решетках и ситах;
- отстаивание – выделение из сточных вод взвешенных веществ под действием силы тяжести на песколовках (для выделения минеральных примесей), отстойниках (для задержания более мелких оседающих и всплывающих примесей), а также нефтеловушках, масло- и смолоуловителях.
- фильтрование – задержание очень мелких частиц суспензии на сетчатых и зернистых фильтрах;
В настоящее время как самостоятельный метод механическую очистку применяют редко. В основном её используют как предварительный этап перед биологической очисткой или в качестве доочистки стоков.
Описаны различные конструкции решеток, песколовок, отстойников, усреднителей, нефтеловушек, гидроциклонов и центрифуг, приведены методы их расчета.
Во втором разделе рассмотрены биологические способы очистки сточных вод. Дано описание микроорганизмов и их свойств – основных участников очистки сточных вод, это: бактерии, актиномицеты, грибы, простейшие животные. Описаны ферменты – биологические катализаторы. Рассмотрен химический состав микроорганизмов, их питание, дыхание.
Приведены основы биологической очистки сточных вод. Показано, что «процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества сточных вод для питания в процессе жизнедеятельности. Часть органических веществ превращается в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы, часть идет на образование биомассы».
Также в учебном пособии показано, что сооружения биологической очистки можно условно разделить на два вида:
- с очисткой в условиях, близких к естественным;
- с очисткой в искусственно созданных условиях.
К первому виду относятся поля фильтрации и орошения (земельные участки, в которых очистка происходит за счет фильтрации через слой грунта), а также биологические пруды (неглубокие водоемы, в которых происходит очистка, основанная на самоочищении водоемов).
Второй вид составляют такие сооружения, как биофильтры и аэротенки. Биофильтр – резервуар с фильтрующим материалом, поверхность которого покрыта биологической пленкой (колония микроорганизмов, способных сорбировать и окислять органические вещества из сточных вод). Аэротенк – резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков).Рассмотрена работа биофильтров, аэротенков, даны методы их расчета.
Третий раздел посвящен переработке осадков сточных вод.
В хронологическом порядке показано, что первоначально одним из основных методов обработки осадков было их сбраживание и подсушка на специально отведенных для этой цели площадках. Однако с ростом городов, промышленных предприятий, развитием сельского хозяйства все труднее стало отводить большие участки под иловые площадки. Кроме того, их сооружение и использование требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Поэтому было разработано много новых технологий и оборудования для обработки, обезвоживания и обезза-раживания осадков. В частности, получили широкое применение усовершенствованные технологии аэробной стабилизации и анаэробного сбраживания, сгущения, обезвоживания и обеззараживания осадков.
В разделе приведены основные технологии и перспективные направления процессов и аппаратов для обработки осадков сточных вод.
Даны характеристики осадков и процессы их перерабоки. В частности рассмотрены вопросы уплотнения и сгущения, стабилизации в аэробных и анаэробных условиях. Показаны способы кондиционирования осадков. Приведены методы механического обезвоживания осадков, а также вопросы их термической обработки.
Изложенные в учебном пособии материалы доступным языком описывают сложные механические, термические и биохимические процессы, происходящие при очистке сточных вод и обработки осадков. Книга, несомненно, будет полезна для специалистов, работающих в области инженерной защиты окружающей среды населённых пунктов, инженерной защиты окружающей среды промышленных предприятий и охраны природной среды и ресурсосбережения, а так же для студентов, аспирантов и преподавателей высшей школы в этой области знаний.
1. Вышелесский А.Б., Кривой Б.А., Луканин А.В., Систер В.Г.Способ получения кормовой белково витаминной добавки: Патент на изобретение RUS 2290831 30.11.2004
2. Вышелесский А.Б., Кривой Б.А., Луканин А.В., Систер В.Г. Способ получения кормовой добавки: Патент на изобретение RUS 2295869 30.11.2004
3. Клюшенкова М.И., Луканин А.В Защита окружающей среды от промышленных газовых выбросов [Текст]: учебное пособие / М. И. Клюшенкова, А. В. Луканин. - М.: Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования Московский гос. ун-т инженерной экологии. Москва, 2012.
4. Кривой Б.А., Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ разделения биогаза и очистки его составляющих: Патент на изобретение RUS 2460575 18.03.2011.
5. Лаврушина Ю.Т., Луканин А.В., Мартьянов А.А., Сахарова А.И., Тарасова Е.В Способ утилизации биогаза метантенков: Патент на изобретение RUS 2414282 26.06.2009.
6. Луканин А.В. Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод [Электронный ресурс]: учебное пособие / Луканин А.В. - М.:НИЦ ИНФРА-М, 2017. - URL: http://znanium.com/catalog.php.bookinfo=610262
7. Луканин А.В. Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств [Электронный ресурс]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. - URL: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=768026
8. Луканин А.В.Получение компостовиз коммунальных отходов[Текст] / А.В. Луканин // Прикладная токсикология. 2013. Т. 4. № 2 (10). С. 17-25.
9. Луканин А.В. Переработка биогаза станций аэрации [Текст] / А.В. Луканин // Экология и промышленность России. 2012. № 9. С. 4-8.
10. Луканин А.В. Компостирование тбо городского хозяйства[Текст] / А.В. Луканин //Экология и промышленность России. 2012. № 1. С. 8-11.
11. Луканин А.В., Мартьянов А.А., Тарасова Е.В., Лаврушина Ю.Т., Сахарова А.И. Способ совместного компостирования отходов городского хозяйства (варианты): Патент на изобретение RUS 2414444 19.05.2009.
12. Луканин А.В. Новый высокоэффективный промышленный ферментёр большой единичной мощности для производства белковой кормовой добавки [Текст] / А.В. Луканин //Наука и промышленность России, №2 - 3, (70 - 71), 2003 г., с. 61 - 66.
13. Луканин А.В. Модернизация промышленного ферментёра АДР - 900 - 76 для производства белковой кормовой добавки из растительного сырья [Текст] / А.В. Луканин // Биотехнология, №6, 2003, с. 84 - 88.
14. Луканин А.В., Тарасова Т.А. Установка для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов ферментеров: Патент на изобретение RUS 2060273.
15. Луканин А.В., Тарасова Т.А., Захарычев А.П Аппарат для выращивания микроорганизмов:. Патент РФ №2078807 от 10.05.97.
16. Луканин А.В. Разработка массообменных аппаратов для систем производства микроводорослей, их гидравлические и массообменные характеристики [Текст]: дис. канд. техн. / А.В. Луканин. - М., 1984.
17. Lukanin A.V., Solomakha G. Flow hydrodynanics and vass transfer in a bubbling liquid layer [Text]/ A.V. Lukanin // Теоретические основы химической технологии. 1988. Т. 22. № 4. С. 435.
