CC BY
18Norwegian Journal of development of the International Science No 20/2018 19
USING DIFFERENT FILTER MEDIA OF STORMWATER TREATMENT PERFORMANCE
Matsak A.
Postgraduate,
"Ukrainian Scientific Research Institute of Ecological Problems"
Tsytlishvili K.
Research Associate, postgraduate "Ukrainian Scientific Research Institute of Ecological Problems"
ОЧИСТКА ДОЖДЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИЛЬТРУЮЩИХ
НАСАДОК
Мацак А.А.
Аспирант, НИИ
Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем»
Цитлишвили Е.А.
Аспирант, научный сотрудник НИИ «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем»
Abstract
Filter media usage of stormwater treatment from different pollutants is very common today. There are four types of filters media will be discussing in this article: sawdust, basalt granules, limestone granules and granules of polyurethane. This filters media look on the detention of the following indicators of pollution: chemical oxidation demand (COD), oils, suspended solids and mineralization - all this pollutants are prevail components of pollution from different urbanization areas. Presence of other pollution indicators in stormwater such as heavy metals, pesticides, microbiological pollutants, surfactants and their treatment will be discussing and investigating of another study.
Аннотация
Применение фильтрующих насадок, для очистки от различных показателей загрязнений, дождевых сточных вод, широко применяются в наше время. В данной статье будут рассмотрены фильтрующие насадки четырех видов, а именно: древесные опилки, базальтовая крошка, гранулы известняка и гранулы полиуретана. Данные насадки направлены на задержание следующих показателей загрязнений: ХПК, нефтепродукты, взвешенные вещества, минерализация - как преобладающие компоненты загрязнений с различных урбанизированных территорий. Наличие же в стоке иных загрязняющих компонентов, таких как тяжелые металлы, пестициды, микробиологические загрязнения, СПАВ и их очистка, в данной работе не рассматриваются и являются предметом других исследований.
Keywords: stormwater, filtration, filter media, stormwater treatment, pollutants indicators, time of filtration.
Ключевые слова: дождевая сточная вода, фильтрация, насадки, очистка дождевого стока, показатели загрязнений, время инфильтрации.
1. Введение
Дождевые воды уже давно начали попадать под категорию сточных [1] из-за наличия в их составе загрязнений техногенного характера веществ (нефтепродукты, СПАВ, и других органических соединений). Сброс таких вод в водные объекты, либо инфильтрация их через грунт (что иногда еще хуже, чем сброс в реку) [2], приводит к очень неблагоприятным экологическим последствиям. Современный опыт, в особенности США и стран ЕС, по вопросам очистке и управлению дождевым стоком формирует новые подходы и решения по данной проблеме. Так в Германии был сформирован новый принцип [3] локализации и очистки с данным видом стока, а именно «наилучшая доступная технология». В этом принципе ключевую роль играет использование естественных процессов фильтрации почв. Главными достоинствами данных методов являются малые габариты (возможность проектирования и устройства в уже застроенной территории) и как система очистки - локализация и снижение поступления (за счет фильтрации) дождевого стока
в ливневую канализацию или водный объект. Основными источниками внесения загрязнений в дождевой сток, с территории городов и промышленных площадок, являются взвешенные вещества (менее 100 мкм) на поверхности которых сорбируются основное количество загрязнений [4]. Применение фильтрующих насадокв виде базальтовой крошки, известняка, древесных опилок и пенополиуретана (ППУ), в качестве дополнительных элементов очистки дождевого стока позволит улучшить процесс очистки и скорость фильтрации на примере естественных или искусственных углублений в грунте, так называемых мюльд. Как было исследовано в работах [5,6,7] применение зернистых насадок дает положительный эффект как при разовом проходе [6] так и при длительном[7] периодическом пропуске дождевых сточных вод через фильтрующий слой. Целью данного исследования было моделирование процесса очистки дождевого стока проходящего через фильтрующий слой, в который были добавлены соответствующие насадки для из-
влечения загрязняющих компонентов. Что в последствии, обеспечит более качественную очистку дождевого стока и уменьшит негативное влияние на окружающую среду, и в особенности на водные объекты.
2. Материалы и методы
2.1. Фильтрующие насадки
Применение фильтрующих насадок при очистке дождевого стока известно и на сегодняшний день довольно распространено[8]. Четыре различных вида фильтрующих насадок были использованы в данной работе:
- базальтовая крошка, фракция размером 0,5 -2 мм. Имеет достаточно хорошо развитую пористую поверхность и небольшие размеры, и представляет собой хороший вариант при использовании для очистки дождевого стока от органических загрязнений. Следует заметить, что в данном иссле-довании,эта насадка была применена как один из отходов производства при деятельности строительной компании Украины;
- известняковые гранулы (ГОСТ 23671-79), размер 10-20 мм. Данный вид фильтрующей насадки, известен своей адсорбционной способностью, в особенности при поглощении нефтепродуктов и других органических загрязнителей, что в свою очередь дало возможность для его использования;
- пенополиуретановые гранулы (ТУ 6-55-4390), размер 10 - 20 мм. Этот материал широко используется для извлечения органических соединений и доочистки сточных вод по сей день [9].Очень хорошо поддается регенерации и устойчив к различным атмосферным воздействиям.
- древесные опилки. Данный вид насадки был использован как побочный продукт лесопилок г.Харькова из-за дешевизны, в отличие от базальта
и ППУ, а также из-за хороших адсорбционных свойств.
Никаких улучшений (за исключением промывки дистиллированной водой) не были применены к данным видам насадок.
2.2 Установка
Моделирование процесса инфильтрации производилось в квадратной колоне из плексигласа, со стороной 15 см и высотой 65 см. Фильтрующий слой представляет: верхний слой чернозема толщиной 6 см, слой фильтрующей насадки толщиной 35 см и слой песка толщиной 14 см. Принципиальная схема представлена на рисунке 1. Данная схема фильтрации представляет собой модель фильтрующих систем, что используются для процесса изучения очистки дождевого стока при пассивной фильтрации [5].
Дождевой сток подавался с помощью небольшой форсунки, напор которой регулировался соответствующим вентилем. Для каждого эксперимента была сделана своя колонна, так чтобы фильтрование можно было одновременно и несколько раз. Было проведено по три фильтрации на каждую колону с перерывом в 6 дней.
2.3 Отбор образцов и методы определения
Отбор образцов производился после полного
прохождения загрязненного стока через установку. Параметрами загрязнений, что определялись стали - взвешенные вещества, нефтепродукты, ХПК, сухой остаток (минерализация). Эти загрязнения типичны для стока с урбанизированных территорий [10] и промышленных предприятий различных регионов. Анализы проводились по стандартным аттестованным методикам (ХПК [11], нефтепродукты [12], взвешенные вещества [13], минерализация [14]).
Рисунок 1
3. Результат эксперимента 3.1 Эффект от фильтрации через насадки Исходная дождевая вода была отобрана на территории производственного предприятий Харькова, общим объемом ~ 100 дм3. Характеристики
Эффективность очистки по сухому остатку не сильно отличается (таблица 2) от показателей во входящем стоке, в то время как значения по нефтепродуктам и ХПК разнятся в зависимости от применяемых насадок. Взвешенные вещества были
Как видно из таблицы 2 самый высокий процент извлечения растворенной органики имеют древесные опилки (ХПК - 86% и нефтепродукты -98%), далее следуют гранулы ППУ (ХПК - 83,5% и по нефтепродуктам - 96%), затем базальтовая крошка (ХПК - 68,6%, нефтепродукты - 93%) и известняк соответственно (ХПК - 59%, нефтепродукты - 89%). Эффективность очистки по сухому остаткуне значительна и входит в аналитическую
Как видно из таблицы применение гранул ППУ дает наилучший результат в сравнении с насадками других типов (13 мин), известняковые гранулы показали средние скорости фильтрации (25 мин), остальные две насадки - древесные опилки и базальтовая крошка показали самые медленные скорости фильтрации загрязненного стока (51 и 87 мин. соответственно).
3.3 Заиливание поверхности фильтрации После определенного объема сточных вод пропущенного через лабораторную установку, было замеченообразование илистого налета, как на поверхности верхнего слоя, так и на частичках фильтрующих насадок (гранулы известняка и ППУ). Следует отметить, что данное наблюдение было обнаружено на всех экспериментальных колонках
загрязнений показаны в таблице 1. Сток был отобран через 10-15 минут после начала дождя.
Таблица 1
удалены из очищаемого стока практически полностью (эффективность 98%), большинство из них сформировало пленку на поверхности верхнего слоя.
Таблица 2
погрешность. Взвешенные вещества, как было сказано выше, подверглись полному задержанию.
3.2 Время фильтрации
При проведении эксперимента была получена зависимость времени фильтрации через установку от применения фильтрующих насадок различного типа. Время фильтрации определялось по полному объему стока, что собирался на выходе из установки. Результаты времени фильтрации показаны в таблице 3.
Таблица 3
уже после проведенного основного эксперимента. Данное явление следует рассматривать как негативную сторону применения подобного типа сооружений и в дальнейшем предусматривать работы по очистке и рекуперации фильтрующих материалов и поверхности фильтрации. Эксперименты по изучению свойств и влиянию заиливания на процесс очистки дождевой сточной воды будут предметами изучения последующих работ.
Выводы
В результате проведенной работы были получены следующие результаты:
- При инфильтрации загрязненного стока через экспериментальную установку было определено, что применение гранул ППУ дает наилучшие
Показатель измерения Результат измерения
рН 6,77
Взвешенные вещества, мг/дм3 280
ХПК, мгО/дм3 140
Нефтепродукты, мг/дм3 15
Сухой остаток, мг/дм3 72
Показатель измерения Фильтрующая насадка
Гранулы Гранулы из- Базальтовая Древесные
1ШУ вестняка крошка опилки
рН 6,72 6,78 6,75 6,74
Взвешенные вещества, мг/дм3 <5 <5 <5 <5
ХПК, мг/дм3 23 58 44 20
Нефтепродукты, мг/дм3 0,44 1,51 0,98 0,11
Сухой остаток, мг/дм3 66 58 60 64
Показатели эксперимента Фильтрующая насадка
Гранулы Гранулы из- Базальтовая Древесные
1ШУ вестняка крошка опилки
Объем пробы, дм3 2,5 2,5 2,5 2,5
Время фильтрации, мин. 13 25 87 51
Расход, см3/сек 4 4 4 4
показатели очистки (ХПК - 83,5%, взвешенным веществам - 98%, нефтепродуктам - 96% и сухому остатку - 8,3%) в сравнении с другими фильтрующими насадками, что использовались в данной работе;
- Была получена зависимость скорости инфильтрации дождевого стока через фильтрующий слой от применения фильтрующей насадки, оказалось, что применение гранул ППУ дает наилучшие по времени, значения фильтрации стока;
- Было обнаружено заиливание верхнего слоя установки взвешенными веществами, что в последствии, может привести к изменению гидравлической нагрузки и как следствие увеличения времени фильтрации и снижения эффективности очистки;
- Применение данных типов насадок приведет к улучшению скорости инфильтрации и увеличит эффективность очистки подобных типов сооружений.
Благодарности
Данная работа была выполнена в Лаборатории городских и производственных сточных вод, Украинского Научно-Исследовательского Института Экологических проблем, г. Харьков. Результаты данных исследований были применены при разработке нормативного документа ДСТУ 8691:2016 «Настанови щодо встановлення технолопчних но-рмативiв ввдведення дощових спчних вод у водш об'екти».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Водный кодекс Украины;
2. Особенности состава и очистки поверхностного стока крупных городов - В.Н.Чечевичкин, Н.И.Ватин - MagazineofCivilEngineering, №2 6, 2014;
3. Директива ЕС по интегрированным способам предупреждения и снижения загрязнения окружающей среды IV-Richtilinie (EU-Richtlinie 96/61/EG 1996);
4. ДСТУ 8691:2016 «Настанови щодо встановлення технологчних TOpMamBÎB ввдведення дощових спчних вод у водш об'екти»;
5. Treatment performance of gravel filter media: Implications for design and application of stormwater infiltration systems - Belinda E. Hatt, Tim D. Fletcher, Ana Deletic. - doi:10.1016/j.watres.2007.03.014;
6. Simultaneous removal of As, Cd, Cr, Cu, Ni and Zn from stormwater using high-efficiency industrial sorbents: Effect of Ph, contact time and humic acid
- HulyaGenc-Fuhrman, Peter S. Mikkelsen, Anna Le-din-doi:10.1016/j.scitotenv.2016.04.2010;
7. Laboratory studies on Granular Filters and Their Relationshipto Geotextiles for Stormwater Pollutant Reduction - Parneet Paul and Kiran Tota-Maharaj.
- doi:10.3390/w7041595;
8. Laboratory Evaluation of Sorptive Filtration Media Mixtures for Targered Pollutant Removals from Simulated Stormwater-Giridhar Prabhukumar, Gur-manpreet Singh Bhupal, Krishna R. Pagilla -doi:10.2175/106143015X1436286522623;
9. Исследование сорбционных свойств фильтрующих материалов - Привалова Н.М., Двадненко М.В., Некрасова А.А, Привалов Д.М., - Научный журнал КубГАУ, № 126(02), 2017;
10. Дождевая канализация площадок промышленных предприятий - М.В. Молоков, Сройиздат, 1964;
11. КНД 211.1.4.021-95 - Методика визначення хiмiчного споживання кисню (ХСК) в поверхневих i спчних водах;
12. РНД 01-05-2002 - Методика виконання вимiрювaнь масово1 концентраци нафтопродуклв;
13. КНД 211.1.4.039-95 - Методика грaвiмет-ричного визначення завислих (суспендованих) ре-човин в природних i спчних водах;
14. МВВ 081/012-0109-03 -Поверхнев^ шдземш та зворотш води. Методика виконання вишрювань масово1 концентраци сухого залишку (розчинених речовин) грaвiметричним методом.
