Гігієнічна оцінка третинного очищення стічних вод у біологічних ставах з вищою водяною рослинністю

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені О.О. БОГОМОЛЬЦЯ

УДК 614.777:628.1/3

ГІГІЄНІЧНА ОЦІНКА ТРЕТИННОГО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД У БІОЛОГІЧНИХ СТАВАХ З ВИЩОЮ ВОДЯНОЮ РОСЛИННІСТЮ

14.02.01 – гігієна

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному медичному університеті імені О.О. Богомольця МОЗ України.

Науковий керівник

доктор медичних наук, професор Гаркавий Сергій Іванович, Національний медичний університет імені О.О. Богомольця МОЗ України, завідувач кафедри комунальної гігієни та екології людини.

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор Ципріян Віктор Іванович, Національний медичний університет імені О.О. Богомольця МОЗ України, завідувач кафедри гігієни харчування;

доктор біологічних наук, професор Удод Віра Михайлівна, Київський національний університет будівництва і архітектури МОН України, професор кафедри охорони праці і навколишнього середовища.

Захист відбудеться “ 21 ” лютого 2008 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.003.01 Національного медичного університету імені О.О. Богомольця МОЗ України (03057, м. Київ-57, проспект Перемоги, 34, санітарно-гігієнічний корпус, аудиторія № 2).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного медичного університету імені О.О. Богомольця за адресою: 03057, м. Київ-57, вул. Зоологічна, 1.

Автореферат розісланий “ 21 ” січня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

професор  Войцеховський В.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сучасних умовах урбанізації та зростання культури людей збільшується споживання питної води та відповідно утворюється така ж кількість стічних вод, з яких більшість потрапляють у поверхневі водойми – головне джерело централізованого господарсько-питного водопостачання населення. Тому захист поверхневих водойм від антропогенного забруднення є актуальною проблемою гігієнічної науки. Дана проблема тісно пов’язана з розробкою методів як покращення якості природних вод, так і доочищення промислових та господарсько-побутових стічних вод. У теперішній час в Україні більшість очисних каналізаційних споруд, що призначені для очищення стічних вод, потребують модернізації та реконструкції. Існуючі методи доочищення води не забезпечують повного звільнення їх від патогенних бактерій, вірусів тощо (Волков С.В. та ін., 2001; Кудрявцев Н.Н. та ін., 2004; Яковлев С.В. та ін., 2004).

В Україні за 2005 р. спожито 10 188 млн. м³ свіжої води, з них для господарсько-питних потреб витрачено 23,6% від цієї кількості, а в поверхневі водойми відведено 8 900 млн. м³ зворотних вод, з яких до 39% не відповідали санітарним нормативам, а 10% стічних вод взагалі скидалось без очищення (Осауленко О.Г., 2005). Це призвело до того, що практично більшість поверхневих водойм, а в окремих регіонах і підземні води за якістю води не відповідають вимогам стандарту щодо можливості використання їх як джерел господарсько-питного водопостачання (Гончарук Е.И. и др., 2004; Храменков С.В. и др., 2004).

Відомо, що при експлуатації водних ресурсів у народному господарстві виділяють два напрямки: вододобування та водокористування. При цьому необхідно виконувати правила користування водними ресурсами, щоб не порушувати їх якості та дотримуватись санітарних та екологічних умов скиду доочищених стічних вод у природні водойми. Тому пошук методів вдосконалення біологічного доочищення стічних вод від органічних та мінеральних забруднень з одночасним зменшенням вмісту патогенної мікрофлори привертає все більшу увагу дослідників до вивчення механізмів глибокого доочищення води в біоставах. У більшості країн світу для охорони поверхневих водойм від біологічних, органічних і мінеральних забруднень при скиданні стічних вод, поряд з відомими методами, використовують очисні каналізаційні споруди, в яких домінують природні процеси самоочищення, зокрема, біологічні стави. В них вода під впливом природних факторів самоочищення постійно звільняється від патогенних бактерій, вірусів, яєць гельмінтів, органічних та мінеральних речовин (Стольберг В.Ф. та ін., 2003; Диренко А.А. та ін., 2006; Könemann Norbert, 2003; Yun Ho-Joon et all., 2003).

Крім того, механізми зменшення вмісту патогенних бактерій і вірусів у біологічно очищених промислових стічних водах з використанням біоставів з вищими водяними рослинами (ВВР) вивчені недостатньо. Також потребують більш глибокого вивчення механізми доочищення промислових стічних вод від підприємств металопереробної галузі в біоставах з ВВР по зменшенню біологічних забруднень з урахуванням пори року. Важливо також здійснити оптимальний підбір гомологічного ряду макрофітів для інтенсифікації третинного очищення стічних вод (Гаркавий С.І., Кравець В.В. та ін., 2002). Але до цього часу в Україні не розроблені методичні рекомендації щодо проведення державного санітарного нагляду за експлуатацією біологічних ставів з вищими водяними рослинами.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах науково-дослідної тематики кафедри комунальної гігієни та екології людини Національного медичного університету імені О.О. Богомольця, де ведуться наукові дослідження з гігієнічної оцінки споруд малої каналізації для санітарної охорони водних об’єктів від забруднення стічними водами і профілактики кишкових інфекцій та інвазій серед населення, що розповсюджуються водним шляхом. Результати досліджень увійшли до науково-дослідної роботи: “Санітарно-гігієнічні дослідження та оцінка роботи автоматичної станції “Симбіотенк” і біологічних ставів з вищою водяною рослинністю (ВВР)”, державний реєстраційний номер 0196U 023491. Здобувач був виконавцем окремих фрагментів названої теми.

Мета та завдання дослідження. Мета: науково обґрунтувати умови третинного очищення промислових стічних вод у біоставах з вищими водяними рослинами від біологічних, органічних і мінеральних забруднень.

Для досягнення вказаної мети були поставлені наступні завдання:

1) провести гігієнічну оцінку третинного очищення промислових стічних вод у біологічних ставах з вищими водяними рослинами;

2) дослідити механізми третинного очищення промислових стічних вод у дослідно-експериментальних біоставах з вищими водяними рослинами від біологічних, органічних і мінеральних забруднень;

3) експериментально обґрунтувати доцільність застосування біоставів з вищими водяними рослинами для третинного очищення промислових стічних вод від біологічних, органічних і мінеральних забруднень;

4) дати гігієнічну оцінку ефективності третинного очищення промислових стічних вод від біологічних, органічних і мінеральних забруднень в натурних умовах експлуатації біостава з вищими водяними рослинами;

5) дослідити вплив скиду третинно очищених промислових стічних вод на санітарний стан поверхневої водойми – р. Березівки;

6) розробити технологічний регламент функціонування біоставів з вищими водяними рослинами по третинному очищенню промислових стічних вод та методичні рекомендації проведення державного санітарного нагляду за їх експлуатацією.

Об’єкт дослідження: третинне очищення промислових стічних вод у біоставу з вищими водяними рослинами від біологічних, органічних і мінеральних забруднень.

Предмет дослідження: дослідно-експериментальні та промислові біостави; ВВР (очерет звичайний, комиш озерний, рогоз широколистий та вузьколистий, лепеха болотяна, ряска мала); біологічно очищені промислові стічні води, бактерії групи кишкової палички (E. сoli і Shigella sonnei), ентеровіруси (віруси поліомієліту та Коксакі В 6).

Методи дослідження: для виконання поставлених у роботі завдань застосовували санітарно-хімічні, санітарно-бактеріологічні, санітарно-вірусологічні та статистичну обробку отриманих результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше науково обґрунтовано доцільність застосування біоставів з ВВР для третинного очищення промислових стічних вод від залишків біологічних, органічних і мінеральних забруднень макрофітами при гідравлічному навантаженні біостава 3 000 м³/га/добу і тривалості перебування стоків у споруді впродовж 5-7 діб.

Вперше експериментально досліджено дію біологічно-активних речовин ВВР: очерету звичайного (Phragmites communis L.), рогозу широколистого (Typha latifolia L.), рогозу вузьколистого (Typha angustifolia L), лепехи болотяної (Acorus calamus L.), комишу озерного (Scirpus lacustris L.), ряски малої (Lemna minor L.) і зелених водоростей щодо здатності їх активно пригнічувати патогенні бактерії і віруси у водному середовищі. Встановлено, що серед вивчених ВВР існують види, в яких присутні біологічно-активні речовини з віруліцидними властивостями. Досліджений фрагмент гомологічного ряду ВВР біостава, здатних інтенсифікувати процеси третинного очищення промислових стічних вод та звільняти їх від залишків біологічних, органічних і мінеральних забруднень.

На підставі проведених досліджень якості третинно очищених промислових стічних вод металургійної галузі в біоставу з ВВР встановлено, що за санітарно-хімічними та санітарно-мікробіологічними показниками вони відповідають вимогам санітарних правил та норм до скиду їх у відкриті водойми без нанесення шкоди останнім чи можуть бути використанні до 40% у зворотне водопостачання як технічна вода.

Практичне значення одержаних результатів. В результаті проведення комплексної санітарно-гігієнічної оцінки третинного очищення промислових стічних вод металопереробного комплексу від залишків біологічних, органічних і мінеральних забруднень встановлено, що доочищені стоки повністю відповідають нормативним документам до скиду їх у відкриті водойми та доведена можливість широкого використання біоставів з ВВР як альтернативного способу біологічного доочищення у порівнянні з іншими існуючими методами.

Проведені дослідно-експериментальні та натурні дослідження технологічного процесу ефективності третинного очищення стічних вод від біологічних, органічних і мінеральних забруднень у біоставах з ВВР, запропоновані для широкого впровадження в очисних каналізаційних спорудах на підприємствах металопереробної галузі як простий, ефективний та рентабельний метод.

Розроблений та впроваджений технологічний регламент очищення промислових стічних вод у біологічних ставах, засаджених вищими водяними рослинами, для Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд (КГЗКОР) м. Долинська Кіровоградської обл. на 5 тис.м³/добу. Підготовлені методичні рекомендації проведення державного санітарного нагляду за експлуатацією біологічних ставів з вищими водяними рослинами.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно визначив програму досліджень, мету й завдання та здійснив поетапно їх реалізацію з позицій системного підходу. Дослідив науково-інформаційні джерела з проблем очищення стічних вод у біоставах різних конструкцій і методів знезаражування стічних вод. Розробив методологію дослідження та забезпечив збір і обробку експериментальних даних.

Автором особисто проведений скринінг екстрактів окремих видів ВВР по вивченню їх властивостей відносно згубної дії на патогенну мікрофлору, прийняв участь в дослідженні фрагменту гомологічного ряду ВВР біостава і дослідив їх вплив на процеси ефективного третинного очищення шляхом зменшення вмісту патогенної мікрофлори, органічних і мінеральних забруднень у промислових стічних водах.

За участю дисертанта проведена комплексна санітарно-гігієнічна оцінка умов третинного очищення промислових стічних вод підприємств металопереробної галузі від залишків біологічних, органічних і мінеральних забруднень та доведена доцільність використання біоставів з ВВР, як альтернативного способу доочищення стоків. Розроблений та впроваджений технологічний регламент очищення промислових стічних вод у біологічних ставах, засаджених вищими водяними рослинами, в КГЗКОР м. Долинська на 5 тис.м³/добу та підготовлені й видані методичні рекомендації “Проведення державного санітарного нагляду за експлуатацією біологічних ставів з вищими водяними рослинами”. Аналіз результатів, їх узагальнення, інтерпретацію та формулювання основних положень і висновків проведено спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дослідження. Результати досліджень і основні положення дисертації опубліковані та доповідалися на науково-практичних конференціях: IV Всеукраїнська науково-методична конференція з міжнародною участю “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій” (Дніпродзержинськ, 2002); Міжнародна науково-практична конференція “Водні ресурси на рубежі ХХІ ст. Проблеми раціонального використання, охорони та відтворення” (Київ, 2003); 58 Науково-практична конференція студентів та молодих вчених Національного медичного університету імені О.О. Богомольця з міжнародною участю “Актуальні проблеми сучасної медицини” (Київ, 2003); Наукова конференція молодих учених “Охорона водного басейну та контроль якості води” (Київ, 2004), де дана робота нагороджена ІІІ премією; ХІV з’їзд гігієністів України: “Гігієнічна наука та практика на рубежі століття” (Дніпропетровськ, 2004); Проблемы оценки риска здоровью населения от воздействия факторов окружающей среды (Москва, 2004); 59 Науково-практична конференція студентів та молодих вчених Національного медичного університету імені О.О. Богомольця з міжнародною участю “Актуальні проблеми сучасної медицини” (Київ, 2005).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових праць, серед яких 4 у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України. Співавтор 1 деклараційного патенту України на винахід, 1 технологічного регламенту, 1 методичних рекомендацій, зробив 3 впровадження результатів наукових досліджень дисертаційної роботи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 244 сторінках друкованого тексту та складається із вступу, 6 розділів, аналізу та узагальнення результатів досліджень, висновків, містить 14 рисунків та 18 таблиць, 5 додатків, список використаних джерел літератури складається із 287 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

 

Програма, матеріали та методи дослідження. З метою реалізації поставлених у роботі завдань нами були досліджені проби стічних вод з дослідно-експериментальних та промислових біоставів, засаджених ВВР, за санітарно-хімічними, санітарно-бактеріологічними та санітарно-вірусологічними показниками якості.

В лабораторних умовах моделювали роботу біологічних ставів з ВВР та проводили дослідження щодо якості третинного очищення в них промислових стічних вод. Здійснювали відбір проб води у стерильні флакони на вході, посередині та на виході стічних вод з біостава. Об’єм проб для санітарно-хімічних та санітарно-вірусологічних досліджень складав 1 дм³, а для санітарно-бактеріологічних досліджень – 500 см³ води.

Ефективність третинного очищення промислових стічних вод у біоставу з ВВР визначали за такими санітарно-хімічними показниками: температурою, запахом, прозорістю, рН (лужністю), завислими речовинами, розчиненим киснем, БСК₅, ХСК, азотом амонійним, азотом нітритів, азотом нітратів, фосфатами, сульфатами, залізом, нафтопродуктами, жирами та маслами, СПАР, сухим залишком, жорсткістю, бікарбонатами, хлоридами, кальцієм, магнієм, калієм+натрієм згідно (Лурье Ю.Ю., 1984 г.).

Санітарно-бактеріологічні дослідження стічних вод, як загальне мікробне число та колі-індекс в пробах визначали у відповідності з нормативними документами (ГОСТ 17.1.5.02-80. Охрана природы. Гидросфеса.

Щиро дякую завідувачу лабораторії мікробіології Інституту нефрології АМН України к.б.н., ст.н.сп. Бойку І.І. і головному спеціалісту “УкрНДІводоканалпроет”, к.б.н., ст.н.сп. Кравцю В.В. за консультативну та практичну допомогу при виконанні роботи.

Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов; Методические указания по санитарно-микробиологическому анализу воды из поверхностных водоемов №2285-81, от 19 января 1981 г.). Санітарно-вірусологічні дослідження стічних вод здійснювали згідно методів, описаних у монографії (Гирін В.М. та ін. Посібник з медичної вірусології. – Київ, 1995).

В експериментах по вивченню впливу ВВР на виживання патогенних бактерій використовували паспортизовані штами бактерій групи кишкової палички E. сoli штами: (О-111 L⁺ і О-124 L^‑) та Shigella sonnei. У санітарно-вірусологічних дослідженнях використовували атенуйований штам вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна (Р-712 Ch, 2 ab) і Коксакі В 6 (штам Hammon), одержані з Інституту поліомієліту та вірусних енцефалітів (РФ, м. Москва). Віруси культивували в перещеплюваних культурах клітин Hep-2 при використанні середовища 199 з антибіотиками в якості підтримуючого. Вибір даних вірусів був продиктований тим, що останні відносяться до найбільш стійких ентеровірусів щодо дії фізико-хімічних факторів. Це важливо враховувати при проведенні санітарно-вірусологічних досліджень як в лабораторних, так і в природних умовах. Визначення вмісту ентеровірусів у пробах води здійснювали методом їх титрування за ефектом бляшкоутворення в культурах клітин під бентонітовим покриттям (Широбоков В.П., 1974).

Статистичні методи дослідження проводили згідно (Ашмаріна І.П. та ін., 1962; Лакіна Г.Ф., 1980; Лапача С.Н. та ін., 2001). Отримані кількісні результати досліджень оброблені загальноприйнятими методами варіаційної і кореляційної статистики з використанням значень середньої арифметичної (), середньої похибки середньої арифметичної (m), квадратичного відхилення (у), достовірність відмінностей показників між двома величинами оцінювали за t-критерієм при значимості р<0,05. Застосовували ПК типу ІВМ (PENTIUM-4) з використанням пакету програм “Statistica for Windows” версія 5.0, розробник Stat Soft and Inc. 1984-1995, США. В процесі виконання дисертаційної роботи в умовах лабораторного та натурного експерименту було проведено 1 560 санітарно-хімічних досліджень, 610 санітарно-бактеріологічних досліджень та 184 дослідження по виділенню ентеровірусів із стічних вод біоставів з ВВР та поверхневої водойми – р. Березівки.

Гігієнічні дослідження третинного очищення промислових стічних вод у дослідно-експериментальних біоставах з вищими водяними рослинами. Представлені гігієнічні дослідження третинного очищення промислових стічних вод у дослідно-експериментальних біоставах з вищими водяними рослинами для наукового обґрунтування оптимальних параметрів їх навантаження на 1 га площі та визначення необхідного часу доочищення стічних вод у даній споруді перед їх скидом у природну водойму – р. Березівку.

Моделювали функціонування дослідно-експериментальних біоставів, що були збудовані у співвідношенні 1:1 000 до діючого промислового біостава. Технологічна схема включала подачу біологічно очищених промислових стічних вод після вторинного відстійника; ємність для прийняття даних стічних вод об’ємом 8,0 м³, окремо взяті 5 металевих ємностей об’ємом 3,0 м³ кожна, засадженими вищими водяними рослинами, в тій послідовності, що існує в промислових біоставах. Термін перебування стічних вод у кожній секції біостава з ВВР становив 1 добу. Загальний час перебування стічних вод у дослідно-експериментальних спорудах становив 5 діб.

У дослідні біостави на піщані подушки розміщували дренажні труби, а потім їх засипали щебенем на глибину 40-45 см. Стічні води до очисної споруди подавались поверхнево з регулюванням за допомогою вентиля, а відводились через дренажні труби. Висота водяного стовпа в споруді третинного очищення промислових стічних вод складала 1,0 м. У кожен біостав були висаджені такі ВВР: в перший – очерет звичайний у кількості 75 рослин/м²; у другий – 100 рослин/м² комишу озерного; у третій – 30 рослин/м² рогозу вузьколистого; у четвертий – 20 рослин/м² рогозу широколистого; у п’ятий – 30 рослин/м² лепехи болотяної.

Гідравлічне навантаження на дослідно-експериментальні біостави з ВВР становило 3 м³/м² площі/добу. Усереднені дані органічних забруднень промислових стічних вод, що надходили на третинне очищення за БСК₅ становили від 33 мг О₂/дм³ до 36 мг О₂/дм³.

Розрахунками встановлено питоме вагове навантаження на біостави, що складало 0,578 г О₂/БСК₅/добу/м³ надходячих стоків. Біостави працювали в постійному режимі навантажень промисловими стічними водами у весняно-літній та осінній період експлуатації.

Усереднені середньомісячні результати доочищення стічних вод у дослідно-експериментальних біоставах наведені в (табл. 1). Встановлено, що органічні забруднення стічних вод за БСК₅ знизились від 34,73 мг О₂/дм³ на вході до 5,09 мг О₂/дм³ на виході їх із біоставів (при ГДК 15 мг О₂/дм³). Ефективність третинного очищення становила 85,34% упродовж 5 діб перебування стоків у споруді. Показник ХСК стічних вод зменшився з 58,16 мг О₂/дм³ на вході в біостави до 31,15 мг О₂/дм³ на виході (при ГДК 80 мг О₂/дм³), що становило 46,44% ефективності третинного очищення. Завислі речовини стічних вод зменшились з 13,58 мг/дм³ на вході в біостави до 6,45 мг/дм³ на виході (при ГДК 15 мг/дм³), що становило 52,51% ефективності доочищення. Вміст розчиненого кисню у воді збільшився з 3,91 мг О₂/дм³ на вході в біостави до 6,27 мг О₂/дм³ на виході впродовж 5 діб. У спорудах інтенсивно протікали процеси нітрифікації та денітрифікації стічних вод. Зокрема, вміст азоту амонійних солей в стічних водах знижувався з 0,52 мг/дм³ на вході в дослідно-експериментальні біостави до 0,39 мг/дм³ на виході (при ГДК 0,5 мг/дм³), концентрація азоту нітритного в стічних водах знизилась з 0,19 мг/дм³ на вході в біостави до 0,07 мг/дм³ на виході (при ГДК 0,08 мг/дм³), вміст азоту нітратного в стічних водах зменшився з 23,54 мг/дм³ на вході в біостави до 19,66 мг/дм³ на виході (при ГДК 40,0 мг/дм³).

 

Таблиця 1

Усереднені санітарно-хімічні та санітарно-мікробіологічні показники якості стічних вод дослідно-експериментальних біоставів у весняно-літній та в осінній періоди їх експлуатації

Показники, (одиниці виміру)	Величини показників стічних вод
	Біологічно очищених в очисних каналізаційних спорудах	Третинно очищених у дослідно-експериментальних біоставах		Достовірність відмінностей, р<
	+m	+m	Ефект доочищення, %
рН	8,57±0,05	8,39±0,04	‑
Температура, оС	18,98±1,64	19,0±1,73	‑
Завислі речовини, мг/дм3	13,58±0,21	6,45±0,14	52,51	р<0,001
БСК5, мг О2/дм3	34,73±0,25	5,09±0,03	85,34	р<0,001
ХСК, мг О2/дм3	58,16±0,19	31,15±0,24	46,44	р<0,001
Розчинений кисень, мг О2/дм3	3,91±0,09	6,27±0,28	‑	р<0,001
Азот амонійний (NH4+),мг/дм3	0,52±0,06	0,39±0,03	25,0
Азот нітритний (NO2‑), мг/дм3	0,19±0,04	0,07±0,02	63,16	р<0,05
Азот нітратний (NO3‑), мг/дм3	23,54±0,91	19,66±0,58	16,48	р<0,01
Мікробне число, КУО/см3	6,7·103±8,8·10	6,9·102±3,9·10	89,66	р<0,001
Індекс БГКП, КУО/дм3	7,2·103±2,5·102	3,0·102±0,0	95,83	р<0,001

Примітки: 1)  – середній місячний показник; 2) m – стандартна похибка.

Суттєво знизились санітарно-бактеріологічні показники якості доочищених стічних вод. Так, загальне мікробне число в стічних водах дослідно-експериментальних біоставів зменшилось з 6,7·10³ КУО/см³ на вході до 6,9·10² КУО/см³ на виході з них (ефективність доочищення – 89,66%); індекс БГКП стічних вод зменшився з 7,2·10³ КУО/дм³ на вході в біостави до 3,0·10² КУО/дм³ на виході з них (ефективність – 95,83%).

Отримані дані ефективного третинного очищення стічних вод в умо-вах дослідно-експериментальних досліджень підтверджені в промислових біоставах з ВВР для третинного очищення стічних вод від підприємства металопереробної галузі та рекомендовано для послідуючого їх використання як технічної води в закритому, зворотньому водопостачанні.

Експериментальне обґрунтування доцільності застосування біоставів з вищими водяними рослинами для зменшення вмісту патогенної мікрофлори у промислових стічних водах при їх третинному очищенні. Представлене обґрунтування доцільності застосування біоставів з вищими водяними рослинами для третинного очищення промислових стічних вод від патогенної мікрофлори у лабораторних умовах та розроблені рекомендації щодо подальшого їх застосування з цією метою у промислових умовах.

В умовах лабораторного експерименту нами проведено вивчення дії екстрактів із зелених водоростей (Сhlorella vulgaris, Ankistrodermus bijugatus, Scenedesmus quadricauda) і вищих водяних рослин – ряски малої (Lemna minor L.) на здатність останніх інактивувати патогенні бактерії та віруси в стічних водах (рис. 1).

Кількість вірусів (БУО/дм³)

Рис. 1. Вплив екстрактів зелених водоростей (Сhlorella vulgaris, Ankistrodermus bijugatus, Scenedesmus quadricauda) та з ВВР ‑ ряски малої (Lemna minor L.) на інфекційність вірусів поліомієліту.

Дослідженнями екстрактів із фітофлори встановлено, що зелені водорості мають виражену віруліцидну дію. При 30 хв контакті екстракту зелених водоростей у воді інактивується більш 73,33% вакцинного штаму вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна. Екстракти вищої водяної рослини (ряска мала) інактивують понад 99,34% вірусних часток за вказаний час. Тобто віруліцидна активність ряски більш виражена, ніж у зелених водоростей. Однак, досягти повної інактивації вірусів за вказаний час (90 хв) в умовах лабораторного досліду не вдалося.

В подальшому експериментально досліджували вплив екстрактів із ВВР на інактивацію вірусів. Встановлено, що серед досліджених ВВР найвищу віруліцидну активність проявляли екстракти із лепехи болотяної (табл. 2).

 

Таблиця 2

Вплив екстрактів із вищих водяних рослин на інфекційну активність вірусів поліомієліту

№ з/п	Назва рослини	Показники інактивації вірусів (БУО/дм3) через
		30 хв	60 хв	90 хв	Р1-2	Р2-3
		Р1	Р2	Р3
1.	Лепеха болотяна (Acorus calamus L.)				р<0,01	р<0,01
2.	Рогоз (Typha latifolia et angustifolia L.)				р<0,01	р<0,01
3.	Очерет звичайний (Phragmites communis Trin.)				р<0,01	р<0,01
4.	Комиш озерний (Scirpus lacustris L.)				р<0,01	р<0,01
5.	Контроль				−	−

Примітки: 1) чисельник – залишкова інфекційність вірусів БУО/дм³; 2) знаменник – ефективність інактивації вірусів, %.

Так, при взаємодії екстрактів із вірусом поліомієліту через 30 хв інактивується 96,25% вірусних часток, через 60 хв – 99,53%, а через 90 хв наступала повна інактивація вірусів (100%). Інтенсивність інактивації вірусів залежала від концентрації екстрактів із вищих водяних рослин у воді біоставів (табл. 3).

 

Таблиця 3

Показники інактивації вірусів поліомієліту залежно від концентрації екстракту лепехи болотяної у воді

Концентрація екстракту лепехи болотяної, %	Вихідний індекс вірусів, БУО/дм3	Залишкова кількість вірусів, БУО/дм3	Ефективність інактивації вірусів, %
0,1%	(1,2 ± 0,7)·105	(0,5 ± 0,05)·105	58,33
0,5%	(1,2 ± 0,7)·105	(2,2 ± 0,1)·102	99,82
1%	(1,2 ± 0,7)·105	(1,2 ± 0,1)·102	99,9
3%	(1,2 ± 0,7)·105	0	100
5%	(1,2 ± 0,7)·105	0	100

Примітка. Взаємодія вірусів з екстрактом лепехи болотяної відбувалась при температурі +22 ^оС впродовж 30 хв.

Доведено, що для ефективної інактивації вірусів поліомієліту достатньо створити у воді 0,5-1,0% концентрацію екстрактів лепехи болотяної. Це досягається шляхом висадження певної кількості лепехи болотяної на 1 м² площі біостава (17-20 рослин/м²) та дотриманням терміну перебування стічних вод у споруді.

В лабораторних умовах вивчали активність екстрактів з ВВР, що виділяють у воду в процесі їх вегетації біологічно-активні речовини, які пагубно діють на віруси поліомієліту ІІ типу Себіна та Коксакі В 6. Рослини вирощували в дослідно-експериментальних біоставах у весняно-осінній період впродовж 8-10 міс. Відбирали проби води із біоставів, куди вносили штами вірусів і спостерігали за інтенсивністю інактивації вірусів (табл. 4). Отримані дані засвідчили, що інактивація вірусів найбільш інтенсивно відбувається у воді, де вегетувала лепеха болотяна. Так, через 60 хв спостереження інактивувалось до 99,93% вірусів поліомієліту. Для рогозу широколистого показники інактивації вказаних вірусів складали – 95,0%, для очерету звичайного – 86,67%.

Аналогічні закономірності віруліцидної дії екстрактів із лепехи болотяної встановлені на моделі вірусів Коксакі В 6, як представників патогенної групи із сімейства Picornaviridae. Це свідчить про те, що екстракти ВВР здатні інактивувати як вакцинні, так і вірулентні штами вірусів, які зустрічаються у воді.

Також вивчали вплив екстрактів лепехи болотяної на окремі види ентеропатогенних бактерій. Встановлено, що кишкові бактерії інактивувалися у воді під дією біологічно-активних речовин ВВР. В умовах кімнатної температури процеси зниження вмісту патогенних бактерій прискорювалися і становили для Е. сoli О-111 – 80,86%, для E. сoli О-124 – 45,26%, Shigella sonnei – 68,57%. При зниженні температури до +4°С процеси інактивації бактерій уповільнювалися, але не припинялися.

 

Таблиця 4

Вплив екстрактів вищих водяних рослин на віруси поліомієліту у воді дослідно-експериментальних біоставів

№ з/п	Назва рослин	Вихідний індекс вірусів у воді, (БУО/дм3)	Залишкова інфекційність вірусів у воді, (БУО/дм3)	Ефективність інактивації вірусів, %
1.	Лепеха болотяна (Acorus calamus L.)	(4,20±0,7)·105	(4,5±0,5)·103	99,93
2.	Рогоз широколистий (Typha latifolia L.)	(4,20±0,7)·105	(2,10±0,6)·104	95,0
3.	Очерет звичайний (Phragmites communis)	(4,20±0,7)·105	(5,6±0,4)·104	86,67

Примітка. Інактивація вірусів поліомієліту ІІ типі Себіна у воді біоставів, засаджених рогозом широколистим та рогозом вузьколистим, ідентична при 60 хв експозиції.

Таким чином, в модельних умовах при вирощуванні ВВР у дослідно-експериментальних біоставах вода набуває знезаражуючих властивостей за рахунок виділення останніми біологічно-активних речовин, що згубно впливають на патогенні віруси та бактерії.

Існує також ряд інших факторів, що обмежують поширення патогенної мікрофлори у воді поверхневих водойм, зокрема: вплив сонячного опромінення, зміни показника рН води, наявність мікробів-антагоністів, адсорбція на твердих частках, гуміфікація та інші.

Отримані в лабораторних умовах дані ми вирішили перевірити на ВВР, що вегетують в промислових умовах експлуатації біоставів та збіль-шенні часу перебування стічних вод у споруді. Важливо було дослідити динаміку звільнення стічних вод промислового біостава від штучно внесе-них в окремо взяті об’єми води з діючого біостава на різних його ділянках, від вірусів поліомієліту та Коксакі В 6. Дані інактивації штучно внесених вірусів у окремо взяті об’єми води з промислового біостава, де вегетували різні види ВВР, у літню пору року наведені в (табл. 5). Дослідженнями ди-наміки інактивації вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна встановлено, що про-мислові стічні води на вході в біостав проходять крізь зарості та кореневу систему очерету звичайного, на середині – через рогоз широколистий та ро-гоз вузьколистий, а на виході – через зарості лепехи болотяної і ефективно звільняються від вірусів. Так, у літній період спостережень у пробах води біостава, де був засаджений рогоз широколистий, вже на 2 добу інактивува-лось 98,33% вірусів, на 5 добу – 99,40%. У воді біостава з лепехою болотя-ною динаміка інактивації вірусів мала такі показники: на 2 добу – 97,9%; на 5 добу – 100%. У пробах води на виході з біостава ефективність інактивації вірусів складала 97,05-98,03% на 2-5 добу спостережень, що можливо, пов’я-зано з ефектом перемішування води та зниженням цим самим концентрації біологічно-активних речовин, які виділяють ВВР в процесі вегетації.

 

Таблиця 5

Динаміка звільнення від штучно внесених вірусів поліомієліту в проби води з промислового біостава з ВВР у літню пору року

№ з/п	Місце відбору проб	Динаміка інактивації вірусів на:
		1 добу	2 добу	3 добу	5 добу	7 добу	Р1-2	Р2-3	Р3-4	Р4-5
		Р1	Р2	Р3	Р4	Р5
1.	Вода на вході в біостав						р> 0,05	р< 0,05	р> 0,05	р< 0,05
2.	Вода біостава (очерет звичайний)						р< 0,001	р< 0,001	р< 0,05	−
3.	Вода біостава (рогоз широколистий)						р< 0,01	р< 0,001	р< 0,001	р< 0,05
4.	Вода біостава (лепеха болотяна)						р< 0,05	р> 0,05	р< 0,001	р< 0,001
5.	Вода на виході з біостава						р< 0,01	р> 0,05	р> 0,05	р< 0,001
6.	Контроль						р> 0,05	р> 0,05	р> 0,05	р> 0,05

Примітки: 1) *чисельник – залишкова інфекційність вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна, БУО/дм³;

2) ** знаменник – ефективність інактивації вірусів, %.

В умовах зимового періоду спостережень динаміка звільнення від штучно внесених вірусів поліомієліту в проби води з промислового біостава з ВВР не припинялися, але мала дещо уповільнену тенденцію.

Дослідження ефективності третинного очищення промислових стічних вод у біоставу з вищими водяними рослинами в натурних умовах його експлуатації. Представлені результати ефективності третинного очищення промислових стічних вод за санітарно-хімічними та санітарно-бактеріологічними показниками у біоставу з вищими водяними рослинами в натурних умовах його експлуатації впродовж трьох років спостережень.

Вивчали ефективність третинного очищення промислових стічних вод у біоставу з ВВР в очисних каналізаційних спорудах КГЗКОР м. Долинська Кіровоградської обл., до складу яких входять: механічні грати, піскоуловлювачі, первинні відстійники, аеротенки, вторинні відстійники та дві секції біоставів, засаджених вищими водяними рослинами. Біостави розміром 60,0´189,0 м кожний, засаджені на вході очеретом звичайним (Phragmites communis Trin.), на середині – рогозом широколистим (Typha latifolia L.) та рогозом вузьколистим (Typha angustifolia L.), а на виході – лепехою болотяною (Acorus calamus L.). На разі є працюючим один біостав. Другий виступає як резервний і вступить в експлуатацію після введення на повну потужність Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд.

Особливістю хімічного складу промислових стічних вод на вході в очисні споруди КГЗКОР є підвищений вміст розчинених солей, жирів та масел, нафтопродуктів та ін. у зв’язку з пробними запусками виробничих потужностей, де вміст заліза становить до 0,98 мг/дм³; сульфатів – до 617,9 мг/дм³, хлоридів до 230 мг/дм³, калію+натрію до 369,6 мг/дм³ тощо.

При третинному очищенні промислових стічних вод спостерігалося зменшення вмісту органічних забруднень за показниками БСК₅ та ХСК. Так, у пробах води на вході в очисні каналізаційні споруди КГЗКОР м. Долинська, усереднені показники вмісту БСК₅ складали від 72,2 мг О₂/дм³ до 80,8 мг О₂/дм³ за грудень місяць 2003-2005 рр., як один із найхолодніших місяців року. При цьому середні показники БСК₅ у пробах води на виході із вторинних відстійників за вказаний період становили до 35,5 мг О₂/дм³. Після третинного очищення в промисловому біоставу з ВВР середні показники якості БСК₅ за цей самий період складали від 3,5 мг О₂/дм³ до 6,13 мг О₂/дм³ (при ГДК 15 мг О₂/дм³), що забезпечує 94,06% ефективності третинного очищення відносно вторинного очищення в аеротенках за класичною схемою: механічні грати → піскоуловлювачі → первинні відстійники → аеротенки → вторинні відстійники → знезаражування → скид у відкриту водойму. Зміни показників ХСК у стічних водах за вказаний період мали аналогічну тенденцію до зменшення ХСК після глибокого доочищення стічних вод у промисловому біоставу з ВВР і становили від 131,1 мг О₂/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 30,57 мг О₂/дм³ на виході із біостава (при ГДК 80 мг О₂/дм³), що становить 78% ефективності третинного очищення. Збільшення вмісту розчиненого кисню відбувається з 2,5 мг О₂/дм³ на вході в біостав до 9,4 мг О₂/дм³ на виході. Також зареєстровано зменшення біогенних речовин при третинному очищенні стічних вод. Так вміст азоту амонійного зменшувався з 0,91 мг/дм³ на вході в біостав до 0,1 мг/дм³ на виході (при ГДК 0,5 мг/дм³). Показник азоту нітритів зменшувався з 0,31 мг/дм³ на вході до 0,02 мг/дм³ на виході з біостава (при ГДК 0,08 мг/дм³). Вміст азоту нітратів зменшувався з 46,7 мг/дм³ на вході в біостав до 15,8 мг/дм³ на виході (при ГДК 40,0 мг/дм³). Вміст фосфатів зменшувався з 7,5 мг/дм³ на вході в біостав до 0,4 мг/дм³ на виході (при ГДК 3,5 мг/дм³). Завислі речовини зменшились з 17,3 мг/дм³ на вході в біостав до 3,3 мг/дм³ на виході (при ГДК 15,0 мг/дм³). Такі низькі показники вмісту біогенних речовин попереджують евтрофікацію річкової води, яка відноситься до ІІ категорії водокористування.

В натурних умовах експлуатації біостава з ВВР у процесі третинного очищення промислових стічних вод відбувається покращення як санітарно-хімічних, так і санітарно-мікробіологічних показників. При цьому відбувається зменшення вмісту промислових забруднень у воді біостава. Зокрема вміст жирів та масел знижується з 0,85 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,02 мг/дм³ на виході з біостава. Вміст нафтопродуктів зменшувався з 0,7 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,01 мг/дм³ на виході. Показник СПАР зменшувався з 0,89 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,04 мг/дм³ (при ГДК 0,5 мг/дм³) на виході при експозиції стічних вод упродовж 5 діб. Вміст заліза зменшувався з 0,98 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,03 мг/дм³ на виході (при ГДК 0,05 мг/дм³) при перебуванні стічних вод у споруді впродовж 5 діб. Вміст сульфатів після третинного очищення в промисловому біоставу з ВВР знижувався з 617,9 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 250,6 мг/дм³ на виході. Вміст хлоридів зменшувався з 226,8 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 113,3 мг/дм³ на виході (при ГДК 300,0 мг/дм³). Сухий залишок зменшувався з 1 751,0 мг/дм³ на вході в очисні каналізаційні споруди до 759,4 мг/дм³ на виході з біостава. Така зміна показників третинного очищення стічних вод пов’язана з активною вегетацією ВВР, які забезпечують сорбцію та акумуляцію мінеральних речовин. Процеси третинного очищення стічних вод відбуваються впродовж усього періоду експлуатації біостава з ВВР.

Промислові стічні води після біологічного очищення в очисних каналізаційних спорудах надходять в біостав без будь-яких методів знезаражування. В процесі третинного очищення стічних вод у промисловому біоставу з вищими водяними рослинами відбувається інтенсивне зниження санітарно-мікробіологічних показників (рис. 2).

Рис. 2. Динаміка очищення стічних вод за колі-індексом в очисних каналізаційних спорудах Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд м. Долинська Кіровоградської обл. за усередненими щомісячними даними.

Так у стічних водах після біологічного очищення в аеротенках усереднений вміст E. coli становив 1,1·10⁴ КУО/дм³ в грудні місяці, як одному з найхолодніших місяців року, а після третинного очищення в біоставу за цей період – грудень вміст E. coli становив 3,0 · 10² КУО/дм³, що відповідає нормативним документам до скиду таких вод у відкриті водойми. Характеризуючи ефективність третинного очищення промислових стічних вод після їх біологічного очищення в аеротенках, слід констатувати, що ефективність доочищення стічних вод за колі-індексом упродовж всього часу експлуатації біостава становило від 96,61% до 99,36%. Аналогічна тенденція спостерігається до покращення показників якості стічних вод за загальним мікробним числом, яке становило від 4,8·10⁶ КУО/см³ на вході стічних вод в очисні каналізаційні споруди до 5,2·10² КУО/см³ на виході з біостава з ВВР, що забезпечує 99,87-99,99% ефективності третинного очищення.

Аналізуючи середньомісячні санітарно-хімічні та санітарно-бактеріологічні показники якості промислових стічних вод після третинного очищення в біоставу, слід зазначити, що вони відповідають вимогам нормативних документів до скиду їх у поверхневі водойми (СанПіН 4630-88; Правила охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами №465 від 1999 р. та Правила приймання стічних вод підприємств у комунальні та відомчі системи каналізації населених пунктів України №403/6691 від 2002 р.). Зменшення кількості санітарно-показових мікроорганізмів у промислових стічних водах після їх третинного очищення досягалося виключно процесами самоочищення води, що інтенсифікуються вищими водяними рослинами впродовж всього періоду експлуатації біостава з ВВР. Одночасно в промисловому біоставу покращувалися санітарно-хімічні показники якості стічних вод за рахунок вегетаційних, сорбційних та накопичувальних процесів, які відбуваються у вищих водяних рослинах упродовж всього часу перебування стічних вод у споруді (табл. 6).

 

Таблиця 6

Динаміка третинного очищення стічних вод у промисловому біоставу з вищими водяними рослинами на різних етапах їх доочищення

№ з/п	Проби води	БСК5, мг О2/дм3	ХСК, мг О2/дм3	Розчине-ний кисень, мг О2/дм3	Загальне мік-робне число, КУО/см3:		Індекс ЛПКП, КУО/дм3:	Віруси* БУО/дм3, (±m)
					t+22оC	t+37оC
1.	Вода на вході в біостав	34,6	58,1	3,59	120	1 600	1,1·105	(1,0±0,2)·103
2.	Вода біостава (очерет звичайний)	21,2	45,2	4,9	50	360	1,1·105	(0,6±0,1)·102
3.	Вода біостава (рогоз широколистий)	14,1	40,6	6,12	40	3 500	1,5·104	(0,8±0,03)·102
4.	Вода біостава (лепеха болотяна)	5,78	34,5	8,1	60	1 400	2,1·104	відсутні
5.	Вода на виході з біостава	3,86	31,1	8,5	70	2 200	3,0·102	відсутні
6.	СанПіН № 4630-88	3-6	15-30	4	‑	‑	1,0·103	‑

Примітка. * – Дослідження проб води проводили в 3-х повторах з визначенням середньої величини  та їх помилки (±m) при температурі +24°С.

При доочищенні стічних вод у промисловому біоставу з вищими водяними рослинами показник органічного забруднення БСК₅ знизився з 34,6 мг О₂/дм³ у стічних водах на вході в біостав до 3,86 мг О₂/дм³ на виході. Аналогічна тенденція зменшення вмісту органічного забруднення за ХСК відбувалася при доочищенні стічних вод у біоставу з ВВР та одночасного збільшення вмісту розчиненого кисню в стічних водах з 3,59 мг О₂/дм³ на вході до 8,5 мг О₂/дм³ на виході з біостава. Зменшення ХСК проходило плавно впродовж 5 діб доочищення із 58,1 мг О₂/дм³ на вході в біостав до 31,1 мг О₂/дм³ на виході. Число сапрофітних мікроорганізмів у пробах стічних вод становило 120 КУО/дм³ (вирощування при температурі +22^оC) і 1 600 КУО/дм³ (за температури вирощування +37^оC). А у воді на виході з біостава показники складали 70 КУО/дм³ (+22^оC) і 2 200 КУО/дм³ (за температури +37^оC).Індекс ЛПКП знизився з 1,1·10⁵ КУО/дм³ у пробах стічних вод на вході в біостав до 3,0·10² КУО/дм³ у воді на виході, а вміст вірусів знизився з (1,0±0,2)·10³ БУО/дм³ у пробах стічних вод на вході в біостав до повної їх відсутності у стічних водах на виході.

Узагальнені результати проведених санітарно-хімічних та санітарно-мікробіологічних досліджень промислових стічних вод свідчать, що їх третинне очищення в біоставу є ефективною системою видалення біологічних, органічних і мінеральних забруднень, завдяки вищим водяним рослинам, які інтенсифікують процеси самоочищення у водоймі та заплановані проектом будівництва до повторного їх використання на технічні потреби в КГЗКОР в об’ємі до 40%.

Вплив скиду третинно очищених промислових стічних вод на санітарний стан природних водойм. Одним із важливих питань охорони поверхневих джерел водопостачання від забруднень, що потрапляють, головним чином, при скиданні в них стічних вод, є вивчення впливу стоків на санітарний стан водойми, а також на гідрологічні, гідрохімічні та інші режими.

Проведені санітарно-гігієнічні дослідження впливу третинно очищених промислових стічних вод у біоставу з ВВР після їх скиду в р. Березівку на її санітарний стан. Результати проведених досліджень якості річкової води в місці скиду доочищених стічних вод, а також на відстані 500 м вище та нижче за течією наведені в табл. 7. Встановлено, що за окремими показниками, а саме вмістом розчинених органічних речовин за БСК₅, ХСК, величиною розчиненого у воді кисню, концентрацією завислих речовин, біогенних – сполук азоту, фосфору та ін. якість річкової води після скиду третинно очищених стічних дещо покращилась. Всі ці зміни відбувалися завдяки розведенню в 1,5 рази води річки більш чистою водою біостава після третинного очищення. Так, показник БСК₅ річкової води за 500 м до скиду стічних вод становив 12,0 мг О₂/дм³, а після скиду за 500 м нижче за течією 11,67 мг О₂/дм³ за усередненими даними впродовж трьох років спостережень. Показник ХСК води р. Березівки до скиду стічних вод становив 43,94 мг О₂/дм³, а після скиду зменшився до 42,16 мг О₂/дм³. Усереднений показник азоту амонійного при скиданні третинно очищених стічних вод становить 0,35мг/дм³, (при ГДК 0,5мг/дм³), усереднений вміст фосфатів при скиданні становить 1,99 (при ГДК 3,5мг/дм³). Аналіз отриманих результатів підтверджує, що доочищенні стічні води при їх скиді в р. Березівку покращують якість її води.

 

Таблиця 7

Якість третинно очищених стічних вод у біоставу з ВВР та води р. Березівка до та після скиду в неї доочищених стічних вод з Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд м. Долинська (за усередненими даними впродовж 2003-2005 рр.)

N з/п	Показники (одиниці виміру)	Місце визначення			Правила приймання стічних вод за №403/6691 від 2002 р., ГДК (для рибогоспо-дарського призначення)
		Створ р. Бере-зівка 500 м вище скиду (±m)	Третинно очищені стічні води в точці скиду в р. Березівку (±m)	Створ р. Бере-зівка 500 м нижче скиду (±m)
1.	рН	8,82±0,17	8,25±0,08	8,58±0,11
2.	Завислі речовини, мг/дм3	12,45±0,32	6,82±0,34	11,99±0,42	15,0
3.	Сухий залишок, мг/дм3	1458,1±117,88	1205,89±50,46	1419,98±92,4
4.	Розчинений кисень, мг О2/дм3	9,24±0,58	6,51±0,25	9,28±0,62	> 4,0
5.	БСК5, мг О2/дм3	12,0±0,12	4,99±0,18	11,67±0,12	15,0
6.	ХСК, мг О2/дм3	43,94±3,08	30,97±0,28	42,16±3,43	80,0
7.	Азот амонійний (NH4),мг/дм3	0,29±0,07	0,35±0,03	0,29±0,06	0,5
8.	Азот нітритів (NO2), мг/дм3	0,067±0,024	0,08±0,015	0,068±0,021	0,08
9.	Азот нітратів (NO3), мг/дм3	5,46±1,69	22,8±0,9	6,45±1,68	40,0
10.	Фосфати, мг/дм3	2,15±0,17	1,99±0,24	2,01±0,13	3,5
11.	Сульфати, мг/дм3	550,18±53,42	473,97±24,36	544,2±51,1	100,0
12.	Залізо, мг/дм3	0,67±0,07	0,41±0,08	0,65±0,07	0,05
13.	Нафтопродукти, мг/дм3	0,032±0,009	0,035±0,003	0,031±0,004	0,05
14.	Жири та масла, мг/дм3	0,06±0,03	0,09±0,03	0,05±0,02	-
15.	СПАР, мг/дм3	0,057±0,01	0,058±0,004	0,057±0,009	0,5
16.	Жорсткість, мг-екв/дм3	13,57±0,26	10,41±0,24	13,15±0,38
17.	Бікарбонати, мг/дм3	334,03±13,11	252,11±7,77	321,52±16,98
18.	Хлориди, мг/дм3	177,73±4,54	169,39±7,32	175,53±3,83	300,0
19.	Кальцій, мг/дм3	82,39±5,78	66,97±2,14	81,4±5,41
20.	Магній, мг/дм3	114,24±5,83	86,86±3,32	110,77±6,49
21.	Калій + натрій, мг/дм3	207,25±24,56	185,56±15,08	206,18±21,41
22.	Загальне мікробне число, КУО/см3	2,75·103 ± 1,12·102	6,88·102 ± 2,0·10	2,26·103 ± 8,5·10
23.	Колі-індекс, КУО/дм3	1,9·103±7,9·10	3,0·102±0,0	1,7·103±6,3·10	1 000

Показник рН річкової води до скиду третинно очищених стічних вод становив 8,82, а після скиду 8,58. Фоновий вміст завислих речовин з 12,45 мг/дм³ зменшився у річковій воді до 11,99 мг/дм³ після скиду доочищених стічних вод. Сухий залишок річкової води з 1 458,1 мг/дм³ за 500 м до скиду стічних вод зменшився до 1 419,98 мг/дм³ за 500 м вниз за течією після скиду. Також зменшувався у річковій воді за 500 м вниз за течією після скиду третинно очищених стічних вод вміст сульфатів, розчиненого заліза, бікарбонатів, хлоридів, кальцію, магнію, загальної жорсткості та інших показників.

Якість річкової води після скиду третинно очищених промислових стічних вод за усередненими санітарно-бактеріологічними показниками покращилась, а саме, загальне мікробне число у річковій воді до скиду доочищених стічних вод становило 2,75·10³ КУО/см³, а після скиду доочищених стічних вод вниз за течією складало 2,26·10³ КУО/см³. Колі-індекс річкової води становив 1,9·10³ КУО/дм³ за 500 м до скиду, а після скиду доочищених стічних вод складав 1,7·10³ КУО/дм³ за 500 м вниз за течією. Характеризуючи санітарно-бактеріологічні показники третинно очищених стічних вод упродовж трьох років спостережень слід зазначити, що останні досягаються виключно процесами самоочищення води в біоставу, що інтенсифікуються вищими водяними рослинами та дотриманням оптимальних експлуатаційних режимів даної очисної споруди.

У наших дослідженнях з виявлення сезонних коливань температури на процеси третинного очищення промислових стічних вод у біоставу було встановлено, що останні не припиняються впродовж усього року його експлуатації і не впливають суттєво на ефективність видалення з води біологічних, органічних і мінеральних забрудень. Та дещо краще ці процеси відбуваються в теплі періоди року, коли при вегетації вищих водяних рослин останні виділяють біологічно-активні речовини та інтенсифікують процеси очищення води. Показники третинного очищення повністю відповідають нормативним вимогам до скиду їх у відкриту водойму – р. Березівку без будь-яких додаткових фізико-хімічних методів доочищення. Тому аналізуючи склад річкової води до та після скиду третинно очищених стічних вод можна констатувати, що за санітарно-хімічними та санітарно-бактеріологічними показниками її якість покращується вниз за течією. Крім того, скид третинно очищених стоків не викликає її евтрофікацію та не змінює гідрологічні, гідрохімічні та інші режими річки.

Впровадження в практику третинного очищення промислових стічних вод у біоставах з вищими водяними рослинами – це один з природних, надійних та рентабельних методів і є альтернативою до фізико-хімічних методів доочищення стічних вод. Біостави з вищими водяними рослинами виступають надійним бар’єром від розповсюдження збудників інфекційних хвороб та інвазій з водним шляхом передачі серед населення та заслуговують позитивної гігієнічної оцінки.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-практичну задачу – проведено гігієнічну оцінку і вивчені закономірності третинного очищення стічних вод у біологічних ставах з вищими водяними рослинами від біологічних, органічних і мінеральних забруднень. Доведено, що використання в очисних каналізаційних спорудах біологічних ставів з вищими водяними рослинами значно покращує якість третинного очищення промислових стічних вод металопереробної галузі за різними критеріями, що має важливе практичне значення.

1. Запропоновані параметри гідравлічного навантаження біологічно очищеними стічними водами в кількості не більше 3 000 м³/га площі/добу на промисловий біостав з вищими водяними рослинами та тривалість перебу-вання їх у споруді терміном не менше 5 діб. Цим самим досягається ефек-тивне третинне очищення біологічно очищених промислових стічних вод від залишків розчинених органічних речовин за БСК₅ до 5-8 мг О₂/дм³ (ефектив-ність доочищення – 94,1%), ХСК до 30,57 мг О₂/дм³ (78%), азоту амонійного до 0,1 мг/дм³ (99,17%), фосфатів до 0,4 мг/дм³ (79,3%), завислих речовин до 3,3 мг/дм³ (93,52%). Вміст розчиненого кисню у воді відкритої водойми після скиду доочищених стічних вод становив від 6 до 8,5 мг О₂/дм³ (за норми не менше 4 мг О₂/дм³) упродовж всього періоду експлуатації біоставів.

2. На третинне очищення доцільно направляти такі промислові стічні води металопереробної галузі, що мають показники органічного забруднення за БСК₅ не більше 50,0 мг О₂/дм³, за ХСК не більше 80,0 мг О₂/дм³; мінерального забруднення за азотом амонійним не більше 1,0-4,0 мг/дм³, азотом нітритним не більше 0,4 мг/дм³, азотом нітратним не більше 50,0 мг/дм³, фосфатами не більше 8,0-15 мг/дм³, жирів та масел не більше 0,7 мг/дм³, сухому залишку не більше 7,5-10 г/дм³ та іншими; біологічного забруднення за колі-індексом не більше 3,0·10⁴ КУО/дм³, загальним мікробним числом не більше 8,0·10³ КУО/см³.

3. Вперше встановлено, що в екстрактах вищих водяних рослин присутні біологічно-активні речовини з антимікробними властивостями, дія яких на віруси є більш виражена, аніж на бактерії групи кишкової палички. Найактивнішою виявилася лепеха болотяна, екстракти якої у воді при 0,5-1% концентрації інактивували віруси поліомієліту на 99,8-99,9% при 30 хв експозиції.

4. Доведено згубну дію біологічно-активних речовин із вищих водяних рослин на кишкові бактерії та віруси. В біологічно очищених стічних водах при проходженні останніх через зарості очерету звичайного, рогозу широколистого й вузьколистого та лепехи болотяної значно зменшувалася кількість санітарно-показових мікроорганізмів, за рахунок антагоністичних взаємовідносин у біоценозі. Зокрема, індекс бактерій групи кишкової палички з 1,1·10⁴ КУО/дм³ зменшувався до 3,0·10² КУО/дм³ (на 96,61-99,36%) та ентеровірусів з (1,0±0,2)·10³ БУО/дм³ до їх відсутності (ефективність видалення – 98,03-100%) незалежно від пори року експлуатації біоставів.

5. Показано, що в біоставу з вищими водяними рослинами крім ефективного природного біологічного третинного доочищення стічних вод від залишків розчинених органічних речовин і санітарно-показових мікроорганізмів відбувається також демінералізація складу води, при якій зменшується сухий залишок та вміст інших мінеральних речовин (хлоридів, сульфатів, кальцію, натрію, магнію, солей важких металів та радіонуклідів) на виході з біостава, що дає можливість використання глибоко доочищеної води в сільському господарстві.

6. Доведено, що скид третинно очищених промислових стічних вод у біоставу з вищими водяними рослинами в поверхневу водойму – р. Березівку не веде до евтрофікації останньої і порушення гідрологічних, гідрохімічних та інших режимів. Крім того, покращується якість поверхневої водойми за санітарно-хімічними та санітарно-бактеріологічними показниками. За деякими санітарно-хімічними показниками (рН, завислими речовинами, сухим залишком, жорсткістю, вмістом заліза, бікарбонатів, кальцію, магнію та ін.) також відбувалося покращення якості річкової води вниз за течією в результаті розбавлення більш чистою водою із біостава з вищими водяними рослинами.

7. Показано, що ефективне третинне очищення промислових стічних вод у біоставу з вищими водяними рослинами Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд при дотриманні оптимальних технологічних параметрів роботи очисної споруди дозволяє досягти таких показників її якості, що дозволяють повернути до 40% води у зворотне, закрите технічне водопостачання. Це зменшить забір води поверхневих водойм на потреби технологічного процесу і сприятиме раціональному використанню водних ресурсів. Отримано акти впровадження.

8. Впровадження в практику третинного очищення промислових стічних вод у біоставах з вищими водяними рослинами є одним із природних, надійних та рентабельних способів охорони поверхневих водойм від потрапляння біологічних забруднень, розчинених органічних речовин та мінеральних сполук, що сприяє збереженню останніх для господарсько-питного водопостачання. Така технологія доочищення стічних вод сприятиме запобіганню інфекційних і неінфекційних хвороб серед населення, що розповсюджуються водним шляхом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

 

У періодичних фахових виданнях, затверджених ВАК України: (* – особистий внесок здобувача):

1. Гаркавий С.І., Кравець В.В., Попенко В.М., Грищенко Н.В., Гузь В.Г. Інтенсифікація процесів доочищення та знезараження стічних вод за допомогою вищих водяних рослин // Гігієна населених місць. – 2002. – Випуск 39. – С. 80-86. (* провів аналіз даних сучасної літератури відносно даного питання, виконав експериментальну частину роботи, провів аналіз одержаних результатів, та підготував матеріали для публікації).

2. Кравець В.В., Шаповал О.Є., Гаркавий С.І., Попенко В.М., Бойко І.І., Дзюблик І.В., Гузь В.Г. Доочищення та безреагентне знезаражування стічних вод у біоставку, засадженому вищими водяними рослинами // Довкілля та здоров’я. – 2005. – №2 (33). – С. 13-18. (* виконав частину експериментальних досліджень, провів аналіз одержаних результатів, підготував матеріали для публікації).

3. Гончарук В.В., Кравець В.В., Попенко В.М., Шаповал О.Є., Бойко І.І., Самсоній-Тодоров О.О. До питання знезаражування стічних вод інфекційних лікарень від вірусів ультрафіолетовим опроміненням // Довкілля та здоров’я. – 2005. – №4 (35). – С. 14-18. (* виконав експериментальну роботу, провів дослідження виживання ентеровірусів, провів статистичну обробку одержаних результатів, підготував матеріали для публікації).

4. Попенко В.М., Гаркавий С.І., Бойко І.І. Дослідження та гігієнічна оцінка відведення третинно очищених стічних вод з біостава, засадженого вищими водяними рослинами, у поверхневу водойму // Довкілля та здоров’я. – 2007. – №4 (43). – С. 41-45. (* виконав частину експериментальних досліджень, провів аналіз одержаних результатів, підготував матеріали для публікації).

Патенти:

1. Патент України №68252 А, МКИ 7 СО2F3/32. Спосіб знезараження води / Гончарук Є.Г., Шаповал О.Є., Попенко В.М. – Заявл. 28.11.03. Опубл. 15.07.04. Бюл. – №7. (* здійснив патентно-інформаційний пошук відносно даної проблеми, удосконалив методику знезаражування стічних вод від патогенної мікрофлори в біологічних ставах з вищими водяними рослинами впродовж всього періоду їх експлуатації).

В інших наукових виданнях:

1. Кравець В.В., Грищенко Н.В., Гаркавий С.І., Попенко В.М., Гузь В.Г. До питання знезараження води в біоставках, засаджених вищими водяними рослинами (ВВР) // Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій: IV Всеукраїнська науково-методична конференція з міжнародною участю. – Дніпродзержинськ, 2002. – С. 170-171.

2. Попенко В.М. Віруліцидна активність зелених водоростей та деяких видів вищих водяних рослин // Водні ресурси на рубежі ХХІ ст. Проблеми раціонального використання, охорони та відтворення: Міжнародна науково-практична конференція. – Київ, 2003. – С. 17.

3. Попенко В.М. До питання знезаражування очищених стічних вод від ентеровірусів // Актуальні проблеми сучасної медицини: 58 Науково-практична конференція студентів та молодих вчених Національного медичного університету імені О.О. Богомольця з міжнародною участю. – Київ, 2003. – С. 64.

4. Попенко В.М. Ефективність третинного доочищення стічних вод у біоставках, засаджених вищими водяними рослинами // Охорона водного басейну та контроль якості води: Наукова конференція молодих учених. – Київ, 2004. – С. 81-84.

5. Гончарук Є.Г., Гаркавий С.І., Попенко В.М. Гігієнічне обґрунтування параметрів ефективної роботи нових типів очисних каналізаційних споруд // Гігієнічна наука та практика на рубежі століття: Матеріали ХІV з’їзду гігієністів України. – Дніпропетровськ, 2004. – Т. І. – С. 123-125.

6. Гончарук Е.И., Гаркавый С.И. Попенко В.М., Кравец В.В., Бойко И.И. Доочистка и обеззараживание сточных вод в биопруду с высшими водными растениями // Химия и технология воды. – Киев, 2004.–Т. 26, №5.–С. 479-484.

7. Гончарук Е.И., Гаркавый С.И., Попенко В.Н. Биологическая очистка сточных вод в комплексе мероприятий по уменьшению риска водных эпидемий кишечных инфекций среди населения // Проблемы оценки риска здоровью населения от воздействия факторов окружающей среды. – Москва, 2004. – С. 341-343.

8. Попенко В.М. Гігієнічна оцінка біологічних ставків із вищими водяними рослинами для доочищення та знезаражування стічних вод // Актуальні проблеми сучасної медицини / 59 Науково-практична конференція студентів та молодих вчених Національного медичного університету імені О.О. Богомольця з міжнародною участю. – Київ, 2005. – С. 68.

9. Проведення державного санітарного нагляду за експлуатацією біологічних ставів з вищими водяними рослинами: / Метод. рекомендації / уклад. Гаркавий С.І., Войцеховський В.Г., Попенко В.М., Бойко І.І., Кравець В.В., Грищенко Н.В., Шаповал О.Є., Кислиця О.С. Гузь В.Г.; Міністерство охорони здоров’я України – Київ, 2006. – 28 с.

АНОТАЦІЯ

 

Попенко В.М. Гігієнічна оцінка третинного очищення стічних вод у біологічних ставах з вищою водяною рослинністю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.02.01 – гігієна. – Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, Київ, 2008.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню умов третинного очищення і зменшення вмісту біологічних, органічних і мінеральних забруднень у промислових стічних водах.

Дослідженнями в дослідно-експериментальних та промислових біоставах у складі очисних каналізаційних споруд Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд м. Долинська Кіровоградської обл. встановлені оптимальні параметри третинного очищення та зменшення вмісту патогенної мікрофлори в стічних водах за рахунок антагоністичних взаємовідносин у біоценозі при гідравлічному навантаженні на біостав не більше 3 000 м³/га площі/добу стічних вод, органічному навантаженні 0,578 г БСК₅/ добу/м³ поступаючих стоків і терміні перебування стоків у споруді впродовж 5-7 діб. Показано, що серед вивчених вищих водяних рослин (ВВР) існують види, що ефективно впливають на процеси доочищення стічних вод від органічних і мінеральних забруднень та здатні виділяти біологічно-активні речовини, які згубно впливають на патогенну мікрофлору. Доведена можливість широкого використання біоставів з ВВР, як альтернативного способу третинного очищення промислових стічних вод підприємств металопереробної галузі в порівнянні з іншими фізико-хімічними методами доочищення.

Ключові слова: стічні води, біостав, вищі водяні рослини, третинне очищення, знезаражування, санітарно-показові мікроорганізми, віруси.

АННОТАЦИЯ

 

Попенко В.Н. Гигиеничная оценка третичной очистки сточных вод в биологических прудах с высшей водной растительностью. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.02.01 – гигиена. – Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, Киев, 2008.

Диссертация посвящена научному обоснованию условий третичной очистки производственных сточных вод металлоперерабатывающей отрасли от биологических, органических и минеральных загрязнений в биопруду с высшими водными растениями.

Исследованиями в экспериментальных и промышленных биопрудах в составе очистных канализационных сооружений Криворожского горно-обогатитетельного комбината окисленных руд г. Долинская Кировоградской обл. установлены оптимальные параметры третичной очистки производственных сточных вод от биологических, органических и минеральных загрязнений при гидравлической нагрузке на биопруд не более 3 000 м³/га площади/сут сточных вод, органической нагрузке 0,578 г БПК₅/ сут/м³ поступающих стоков и продолжительности их пребывания не менее 5-7 суток. Показано, что среди изученных высших водных растений (ВВР), а именно: тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin.), камыш озерный (Scirpus lacustris L.), рогоз широколистый (Typha latifolia L.), рогоз узколистый (Typha angustifolia L.), аир болотный (Acorus calamus L.), ряска малая (Lemna minor L.) существуют виды, которые эффективно влияют на процессы третичной очистки сточных вод в биологических прудах с ВВР от биологических, органических и минеральных загрязнений. Эффективность третичной очистки сточных вод по отношению к общепринятым схемам биологической очистки составляет до 5-8 мг О₂/дм³ по БПК₅, до 30,57 мг О₂/дм³ по ХПК, до 0,1 мг/дм³ по азоту аммонийному, до 0,31 мг/дм³ по азоту нитритному, до 15,8 мг/дм³ по азоту нитратному, до 0,4 мг/дм³ по фосфору, до 3,3 мг/дм³ по взвешенным веществам, по коли-индексу до 3,0·10² КУО/дм³, по общему микробному числу до 5,2·10² КУО/см³ и полного отсутствия по энтеровирусам. Насыщение сточных вод на выходе из биопруда растворенным кислородом составляло до 8,5 мг О₂/дм³. Высшие водные растения способны выделять биологически-активные вещества, которые имеют вирулицидные свойства. Среди исследованных высших водных растений наиболее эффективно обладает вирулицидными свойствами аир болотный. Экстракты этого растения при 90 мин экспозиции полностью инактивируют (100%) вакцинный штамм вирусов полиомиелита ІІ типа Себина. Наличие 0,5-1% концентрации экстракта в воде биопрудов инактивирует вирусы полиомиелита на 99,8-99,9% при 30 мин экспозиции. При сбросе третично очищенных сточных вод в открытый водоем – р. Березовку санитарно-химические показатели качества речной воды незначительно улучшаются в результате разбавления воды реки более чистой из биопруда. Данный метод третичной очистки производственных сточных вод предприятий металлоперерабатывающей отрасли простой и надежен в работе, экономически выгоден при строительстве и дальнейшем его использовании и предназначен для длительного срока его эксплуатации с повторным использованием доочищенной воды как техническую в металлоперерабатывающей промышленности.

Ключевые слова: сточные воды, биопруд, высшие водные растения, третичная очистка, обеззараживание, санитарно-показательные микроорганизмы, вирусы.

ANNOTATION

 

Popenko V.N. Hygiene evaluation tertiary of purification sewage in biological ponds with high water vegetation. – manuscript.

Dissertation for the candidate of medical sciences degree in specialty 14.02.01 – hygiene. – National O. Bohomolets Medical University of the Ministry of Health Ukraine, Kyiv, 2008.

The dissertation thesis is dedicated the scientific basis of tertiary purification and nonchemical sewage treatment to remove the remains of organic and chemical pollution, pathogenic bacteria and viruses in a biopond with high water vegetation.

Investigations under labaratory conditions and in industrial bioponds consisted of refining drainage facilities of Krivorogsk Oxidative Ore Mining and Processing Enterprise in the city of Dolinska, in Kirovogradsk region, Ukraine. Optimal parameters of tertiary and nonchemical treatment of sewage under a hydraulic load on the biopond of 3 000 m³/day organical assignment 0.578 g BCO₅/24 h/m³ of biopod and with a 5-7 day presence in the pond were determined. It was revealed that among the high water vegetation (HWV) under investigation, there exist types that have an effective influence on the process of the after-purification of sewage water from organic and mineral pollution, and which can release biologically active substances that have viruscidal properties. The possibility of the wide use of bioponds with HWV for tertiary after-treatment and nonchemical sewage treatment as an alternative to other physical or chemical methods was proven.

Key words: sewage, biopond, high water vegetation, tertiary treatment, after-treatment, decontamination, sanitary-significant microorganism, viruses.