Платонов Денис Геннадьевич

На правах рукописи
Платонов Денис Геннадьевич
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ПОВЕРХНОСТНЫХ И ДРЕНАЖНЫХ ВОД
НА ОСУШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ
Специальность: 06.01.02 – Мелиорация, рекультивация
и охрана земель
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва
2012
-2-
Работа выполнена на кафедре мелиорации и рекультивации земель ФГБОУ
ВПО «Московский государственный университет природообустройства»
Научный руководитель:
-
доктор технических наук
Сольский Станислав Викторович
ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, Санкт-Петербург
Официальные оппоненты:
-
доктор технических наук, профессор
Добрачев Юрий Павлович
ГНУ «ВНИИГиМ имени А.Н. Костякова» РАСХН, Москва
кандидат технических наук, профессор
Сильченков Иван Степанович
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства»
Ведущая организация: - ФГБУ «Управление «Ленмелиоводхоз»»,
Санкт-Петербург
Защита диссертации состоится 27 марта 2012 г. в 15 часов на заседании
диссертационного
совета
Д
220.045.01
ФГБОУ
ВПО
«Московский
государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, г. Москва,
ул. Прянишникова, 19 (1 учебный корпус, аудитория. 201)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Московский государственный университет природообустройства».
Автореферат диссертации размещен 20 февраля 2012 года на официальном
сайте ФГБОУ ВПО МГУП по адресу: http://www.msuee.ru/html/19_1.html
Автореферат разослан 24 февраля 2012 г.
Учёный секретарь диссертационного
совета, к.т.н.
Сурикова Т.И.
-3-
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Метод определения суммы органических
соединений в воде по критерию химическое потребление кислорода (ХПК),
регламентированный международным стандартом ИСО 6060, находит широкое
применение при определении общего содержания органических веществ в воде.
В различных аналитических лабораториях нашей страны ежегодно
выполняется более одного миллиона анализов суммарного содержания
органики по критерию ХПК. Однако метод ХПК обладает рядом серьезных
недостатков, в частности, связанных с длительностью аналитической
процедуры, образованием токсичных отходов и сложностью создания
автоматических анализаторов ХПК на его основе.
Значимость проблемы формирования и контроля поверхностных и
дренажных вод на мелиорируемых (осушаемых) землях, необходимость
получения достоверной и оперативной информации об общем содержании
органических примесей в поверхностных и дренажных водах на
мелиорируемых (осушаемых) землях в сочетании с описанными выше
недостатками стандартного метода определяет актуальность данного
исследования, направленного на изучение нового экспрессного метода
контроля загрязненности вод органическими веществами и разработку на его
основе новых подходов к улучшению качества стока.
Реализация преимуществ озонохемилюминесцентного (ОХЛ) метода в
составе системы мониторинга качества воды (МКВ) для контроля качества
поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях также определяет
актуальность данной диссертационной работы.
Целью работы является разработка интегральной методики контроля
качества вод - системы мониторинга качества воды МКВ, позволяющей в
реальном времени получать информацию о степени общей загрязненности
поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях органическими
соединениями.
Задачи исследования:
1.
Систематизация и анализ основных источников загрязнений
поверхностных и дренажных стоков на мелиорируемых землях.
2.
Анализ существующих показателей и методов интегральной оценки
органических примесей в поверхностных и дренажных водах на осушаемых
землях.
3.
Разработка и испытание системы МКВ поверхностных и дренажных вод
на осушаемых землях в реальном времени при ее базировании непосредственно
на инспектируемом объекте (осушаемая территория).
4.
Апробация озонохемилюминесцентного метода и опытных образцов ОХЛ
анализатора в натурных условиях в составе системы МКВ.
5.
Разработка комплексных мероприятий по улучшению качества
поверхностного и дренажного стока.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- исследованы процессы возникновения хемилюминесценции (ХЛ)
органических веществ в поверхностных и дренажных водах при окислении их
-4-
озоном в динамическом режиме и показано, что величина интенсивности ОХЛ
пропорциональна общему содержанию растворенного органического вещества
в поверхностных и дренажных водах;
- исследован характер и диапазоны влияния на интенсивность ОХЛ
поверхностных и дренажных вод на осушенных землях различных факторов:
мутности, кислотности, содержания поверхностно-активных веществ,
неорганических солей, температуры пробы, получены математические
зависимости ОХЛ от вышеуказанных факторов;
- разработана и испытана система мониторинга качества поверхностных и
дренажных вод (МКВ) при ее базировании непосредственно на
инспектируемом объекте - осушаемая территория в районе реки Старожиловка
Выборгского р-на г. Санкт-Петербурга;
- разработаны комплексные мероприятия по улучшению качества
поверхностного и дренажного стока: устройство сооружений биологической
очистки с применением системы МКВ, устройство сооружений специальной
водоочистки поверхностных и дренажных вод, оптимизация схемы размещения
мелиоративных участков на водосборе, оптимизация режима удобрения
осушаемых земель.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
- диссертационная работа ориентирована на испытание ОХЛ метода и
разработку системы мониторинга качества воды (МКВ) поверхностных и
дренажных вод на осушаемых землях в реальном времени при ее базировании
непосредственно на инспектируемом объекте (осушаемая территория);
- охл-прибор в составе системы МКВ был внедрен на осушаемом
водосборе реки Старожиловка Выборгского р-на г. Санкт-Петербурга;
- выполнен анализ качества стока с осушаемого водосбора р.
Старожиловка посредством системы МКВ поверхностных и дренажных вод на
основе ОХЛ метода.
Личный вклад автора состоит в следующем:
- постановка задач при выполнении этапов диссертационного
исследования;
- выполнение лабораторных экспериментов по изучению явления ХЛ,
возникающего при озонолизе водной пробы;
- постановка и проведение натурных исследований ОХЛ метода на
водосборе р. Старожиловка и ряде других водных объектов;
- обработка результатов экспериментов, получение математических
зависимостей величины интенсивности озонохемилюминесценции от
различных факторов: температуры пробы, pH, мутности, солености воды, ХПК,
концентрации модельного вещества (антраниловой кислоты) для внесения в
память ОХЛ прибора;
- разработка системы МКВ поверхностных и дренажных вод, основанной
на ОХЛ методе;
- разработка комплексных мероприятий по улучшению качества воды
поверхностных и дренажных стоков в составе разработанной системы
мониторинга качества воды (МКВ), основанной на ОХЛ методе.
-5-
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1.
Метод определения общего содержания органических соединений в
сточных водах по интенсивности ХЛ при их окислении потоком
озоновоздушной смеси.
2.
Данные о влиянии на интенсивность ОХЛ состава и свойств
поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях.
3.
Классификация методов управления контроля качества поверхностной и
дренажной воды на осушаемых землях.
Апробация работы. Основные теоретические положения, результаты и
выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на
международных и российских научных конференциях и совещаниях: 64-я
международная научная конференция профессоров, преподавателей, научных
работников инженеров и аспирантов СПБГАСУ (Санкт-Петербург, 2007 г.), 60я, 61-я научно-технические конференции молодых ученых, инженеров и
аспирантов университета СПБГАСУ (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г.), 66-я
научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников,
инженеров и аспирантов университета (Санкт-Петербург, 2009 г.), Материалы
четвертых академических чтений РААСН на тему «Новые достижения в
областях водоснабжения, водоотведения, гидравлики и охраны водных
ресурсов»
(Санкт-Петербург,
ПГУПС
2009г.),
научно-практическая
молодежная конференция «Чистая вода – здоровье нации» (Санкт-Петербург,
ГУ ГГИ 2009 г.), 62-я научно-техническая конференция молодых ученых,
инженеров и аспирантов университета СПБГАСУ (Санкт-Петербург, 2009 г.),
Международная научно-практическая конференция «Проблемы развития
мелиорации и водного хозяйства и пути их решения» (Москва, 2011г.), 7-я
Международная научно-практическая конференция «Становление современной
науки» (Прага, 2011г.).
Публикации по теме диссертационной работы.
Основное содержание работы отражено в 9 печатных работах, в том числе 3
статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа
состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов, списка
использованных источников, включающего 128 наименований, и 6
приложений. Работа изложена на 189 листах машинописного текста, включая
20 таблиц и 60 рисунков.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и
задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, указаны
научная новизна и практическая ценность, кратко описана структура
диссертации.
В первой главе рассмотрены проблемы контроля качества
поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях, дана характеристика
состояния качества поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях,
определены основные критерии оценки качества воды и состояния водных
экосистем на осушаемых землях. Проведен обзор существующих методов
-6-
контроля качества поверхностных и дренажных вод, сформулированы общие
требования к составу и свойствам воды водоприемников поверхностного и
дренажного стока. Кратко охарактеризован объект исследования – осушаемый
водосбор реки Старожиловка.
Во второй главе рассмотрены критерии оценки качества воды и
состояния водных экосистем. Валовое количество органических примесей в
водной среде оценивается в настоящее время содержанием органического
углерода (ОУ) и общего органического углерода (ООУ) в воде и по показателям
химического потребления кислорода (ХПК), определяемого методами
бихроматной окисляемости (БО) или перманганатной окисляемости (ПО),
биохимического потребления кислорода (БПК) и общего потребления
кислорода (ОПК). Основными критериями для оценки общей загрязненности
питьевых, природных и сточных вод органическими соединениями являются
показатели БПК, ХПК и величина ООУ.
Даны обоснования возможности использования показателей общего
органического углерода (ООУ), растворенного органического углерода в
водной среде, как критериев определения основных факторов загрязненности
водных объектов. Определена значимость удельного веса фекальных вод в
водной среде. Рассмотрены химические и биологические методы контроля
экологических показателей водных объектов. Рассмотрены характеристики
автоматических анализаторов ХПК. Рассмотрен перспективный метод анализа
– метод скрининга.
Изложен новый подход к эколого-аналитическому контролю по
интегральному показателю качества водной среды. Сущность подхода состоит
в следующем: определяется интенсивность ОХЛ (в нано или микроамперах),
характеризующая суммарное содержание органических веществ в воде, которая
также является интегральным показателем.
Предложено осуществлять экспресс-контроль качества воды по общему
содержанию в воде органических соединений посредством ОХЛ метода.
Рассмотрен ОХЛ метод, как наиболее универсальный для решения
поставленных задач исследования.
ОХЛ метод контроля суммарного содержания органики в водной среде по
параметру ХПК основан на явлении ХЛ, которая возникает в водной пробе при
ее взаимодействии с озоном.
ОХЛ метод был разработан А.М. Воронцовым с сотрудниками в
лаборатории гибридных методов контроля СПб НИЦЭБ РАН.
ОХЛ прибор был разработан ЗАО «МЭЛП» для СПб НИЦЭБ РАН на
основе ОХЛ метода.
Прибор был апробирован на водопроводной воде и в водоемах с малой
мутностью воды, однако для оценки качества поверхностных и дренажных вод
осушаемых водосборов представляют интерес возможность применения ОХЛ
прибора для сильно загрязненных природных и сточных вод. На основе
основных критериев интегральной оценки качества поверхностных и
дренажных вод посредством ОХЛ метода нами была разработана система
мониторинга качества воды (МКВ).
-7-
Принципиальная схема системы МКВ представлена на рис. 1
Рис.1. Принципиальная схема системы МКВ.
Примечание:
1 – Прибор для определения ХПК в воде.
2 – Дополнительное устройство к прибору.
3 - Фильтр-осушитель воздуха.
4 – Генератор озона.
5 – Насос подачи озона (работает непрерывно).
6 – Насос подачи пробы (работает непрерывно).
7 – Реактор окисления пробы озоном.
8 – Фотоэлектронный умножитель HAMAMATSU.
9 – Емкость для подачи раствора контрольного вещества.
10 – Насос подачи раствора контрольного вещества (работает периодически).
11 – Схема управления насосом.
Эта система применялась для контроля качества поверхностного и
дренажного стока различного качества с осушаемых земель в частности на
водосборе р. Старожиловка, а также на других водных объектах,
представленных в данной диссертационной работе.
В третьей главе проведено обобщение лабораторных и натурных
исследований качества вод ОХЛ методом, представлены результаты влияния
возможных мешающих факторов на ОХЛ определение суммарного содержания
органических соединений в водной пробе по критерию ХПК. На основе анализа
физических и химических свойств питьевых, природных и сточных вод,
механизмов возбуждения ХЛ и особенностей взаимодействия озона с
органическими соединениями в воде в качестве наиболее существенных
мешающих факторов при проведении ОХЛ определения ХПК в водной среде
были определены следующие:
 температурный режим;
 кислотность пробы, определяемая водородным показателем (pH);
 содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ);
-8-
 мутность, обусловленная наличием органических и неорганических
взвесей;
 солевой фон, определяемый наличием в воде электролитов, влияющих на
степень минерализации (хлориды, сульфаты).
Также в данной главе доказана достоверность полученных результатов
математическими методами описания графиков зависимостей с построением
кривых аппроксимации.
Для всех зависимостей использовали значения R2 - нормированный средний
квадрат отклонения. Чем больше величина R2 приближена к единице, тем выше
показатель аппроксимации (достоверности), значит функция аппроксимации
близка к экспериментальной зависимости. R – показатель достоверности
экспериментальной зависимости. Сплошными линиями – обозначены кривые
аппроксимации. На графиках точками обозначены результаты, полученные при
проведении экспериментов. Экспериментальные кривые строились по
усредненным значениям, проводилось по 5-7 измерений в каждой точке
представленных графиков.
Исследование зависимости ОХЛ от температуры серии проб водопроводной
воды, поступившей в реактор, показало, что при повышении температуры от 10
до 80°С интенсивность ОХЛ возрастает на 25%.
Экспериментальная
зависимость
величины
интенсивности
озонохемилюминесценции от температуры пробы описывается уравнением
(1) при (R2=0,977):
Ixл = 0,0097t2 + 1,0094t + 384,3 ,
(1)
где Ixл - интенсивность озонохемилюминесценции в наноамперах.
t – температура пробы воды, в градусах Цельсия.
Для экспериментального исследования влияния воздействия рН на
озонохемилюминесценцию метод использовали водопроводную воду в объеме
2,5 л со значением рН = 6,44. Для рН 6,5 химическое тушение составило менее
5%.
Химическое
тушение
–
это
резкий
спад
интенсивности
озонохемилюминесценции, вызванный химическими реакциями. Анализируя
весь выбранный диапазон экспериментальных данных можно сделать вывод,
что изменение интенсивности хемилюминесценции в зависимости от рН
находится в пределах ±60 %. Однако в диапазоне рН от 6,5 до 8,0 , который
соответствует природным водам, влияние этого показателя незначительно и не
превышает 5 %. Данные, полученные при проведении этого эксперимента,
представлены на рис. 2.
-9-
C:\Program Files\TableCurve2Dv5.01\CLIPBRD.WK1
Rank 48 Eqn 1002 y=a+bx+cx^(1.5)
0.175
0.175
0.15
0.15
0.125
0.125
0.1
0.1
0.075
0.075
0.05
0.05
0.025
0.025
0
Ixл, мкА
Ixл, мкА
r^2=0.9959017 DF Adj r^2=0.99467222 FitStdErr=0.0032242608 Fstat=1336.5215
a=-0.00059344195 b=0.051626691
c=-0.0099031372
0.2
0.2
0
0
2
4
6
8
pH
Рис. 2. Влияние величины рН водного раствора на интенсивность хемилюминесценции Iхл
растворенного органического вещества в воде.
Зависимость величины интенсивности озонохемилюминесценции от pH
(водородного показателя) водного раствора описывается уравнением (2) при
(R2=0,995):
Iхл=0,05(pH) - 0,0099(pH)1,5 - 0,0005 ,
(2)
где Ixл – интенсивность озонохемилюминесценции в микроамперах;
pH – водородный показатель.
Для приготовления раствора, моделирующего загрязнение природных вод
ПАВ, была использована природная вода, отобранная в Суздальских озерах г.
Санкт-Петербурга, в которую добавляли определенное количество достаточно
широко распространенного поверхностно-активного вещества —
додецилсульфата натрия (в зарубежных классификациях ПАВ имеет название
SDS). Результаты этих измерений показали, что собственная интенсивность
озонохемилюминесценции не превышает 1,5 % от интенсивности
озонохемилюминесценции пробы природной воды, используемой для создания
модельных растворов. Для всего диапазона концентраций SDS в природной
воде относительное уменьшение интенсивности ХЛ не превышает 3 %.
Для исследования влияния мутности как мешающего фактора были
приготовлены модельные растворы на основе порошкового микросферического
силикагеля. В качестве основы для растворов использовали водопроводную
воду, в которую добавляли силикагель с размером частиц 10 мкм. Таким
образом, получили водные суспензии силикагеля в диапазоне концентраций от
10 мг/л до 1000 мг/л.
Зависимость величины интенсивности озонохемилюминесценции и
концентрации силикагеля описывается уравнением (3) при (R2=0,98):
Iхл=0,0245Ln(Сс-г) + 0,376 ,
(3)
где Iхл – интенсивность озонохемилюминесценции;
Сс-г – концентрация силикагеля в мг/л.
- 10 -
Анализ полученной зависимости позволяет говорить о том, что при
концентрациях силикагеля в водных растворах до 1000 мг/л существенного
изменения интенсивности озонохемилюминесценции не наблюдается
(изменение менее ±5 %). Таким образом, на основании результатов модельного
эксперимента можно сделать важный вывод о незначительном влиянии
мутности на озонохемилюминесцентный анализ, что принципиально при
контроле ХПК поверхностных и дренажных вод.
Также экспериментально исследована возможность ОХЛ определения
ХПК в пробах морской воды.
Зависимость интенсивности озонохемилюминесценции от солености
морской воды описывается уравнением (4) при (R2=0,948):
Iхл= -0,0108(S‰) + 1,194 ,
(4)
где Iхл – интенсивность озонохемилюминесценции в микроамперах;
S‰ – соленость морской воды в промилле.
Также проведено исследование влияния тушителей на интенсивность
ОХЛ.
К числу наиболее интенсивных тушителей люминесценции принадлежат:
ионы металлов (Cu, Fe, Pb, Co, Cd, Ni, Hg, Mn, Ag и т.п.),
многие анионы (NO3 -, Cl-, Br-, J-, BrO-4 и т.д.),
органические нитро, амино, галоген и серусодержащие соединения,
металлорганические соединения ― практически все они являются факторами
негативного антропогенного воздействия на водные экосистемы. На рис. 3
показан пример записи антропогенных веществ (ксенобиотиков), попадающих
в водную среду и влияние их на интенсивность ОХЛ процесса.
Рис. 3. Зависимость степени тушения озонохемилюминесценции контрольного
вещества (Родамин В) от концентрации тушителей: KJ – нижняя кривая, C5H10NS2Na –
(диэтилдитил карбамат натрия) верхняя кривая.
В целях апробации системы МКВ был выбран опытный водосбор р.
Старожиловка, на котором были оборудованы 3 гидрометрических створа.
Створ №1 – это замыкающий створ на водосборе при впадении реки в
верхнее Суздальское озеро, являющийся водоприемником реки. Площадь
водосбора 33 км2. Второй водосбор ограничен створом №2 расположенном в
месте перехода канализованного русла реки в естественное. Этот водосбор
площадью 2,5 км2 в нижней части осушен открытыми каналами и закрытым
- 11 -
дренажом и представляет луг, верхняя часть водосбора занята селитебной
территорией (современный торгово-промышленный комплекс (около 0,8 км2), а
также лесом (около 0,5 км2). Третий водосбор (створ №3) является водосбором
канала №1 мелиоративной системы участка «Ольгино» совхоза Бугры.
Расчетный створ находиться в месте пересечения канала кольцевой
автодорогой. Площадь третьего водосбора около 4,5 км2, при этом около 3 км2
осушено закрытым дренажом или системой открытых каналов с расстоянием
между ними 60-70м., около 1,2 км2 занимают возвышенности покрытые песком,
около 0,3 км2 занимают территории неосушенных торфяных болот. На рисунке
4 представлен водосбор реки Старожиловка.
Рис.4. Водосбор р. Старожиловки.
- граница водосбора
Цифрами обозначены гидрометрические контрольные створы, где проводились
измерения посредством системы МКВ.
Результаты измерений
представлены
на рис. 5.
C:\Program
Files\TableCurve2Dv5.01\CLIPBRD.WK1
Rank 1 Eqn 1 y=a+bx
r^2=0.9612645 DF Adj r^2=0.95480858 FitStdErr=0.93659495 Fstat=322.60945
a=0.85783582
b=8.8992537
20
20
17.5
17.5
15
12.5
12.5
10
10
7.5
7.5
5
ХПК, мгО/л
ХПК, мгО/л
15
5
2.5
2.5
0
0
0.5
1
1.5
2
0
2.5
Ixл, мкА
Рис. 5. Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от интенсивности
ОХЛ Iхл, осушаемого водосбора р. Старожиловка (створ №1).
- 12 -
Зависимость величины бихроматной окисляемости проб (ХПК) от
интенсивности Iхл осушаемого водосбора р. Старожиловка описывается
уравнением (5) при R2=0,961:
:
ХПК= 0,85+8,89 Iхл ,
(5)
где Iхл - интенсивность озонохемилюминесценции, в мкА;
ХПК – химическое потребление кислорода.
В таблице 1 представлены статистические характеристики распределения
концентраций биогенных веществ в различных типах вод на мелиорируемом
водосборе реки Старожиловка.
Таблица 1.
Статистические характеристики распределения концентраций биогенных веществ в
различных типах вод на мелиорируемом водосборе реки Старожиловка
Загрязняющее
вещество
Органические
вещества
поБПК5
NОБЩ
N-NH4
N-NO3
Робщ
Рмин
Тип Концентрации,
Воды средние/(наим.наиб.), мг/л
Стандартное
отклонение,
мг/л
Коэффициент
вариации
ВПФ
РВ
СВЗ
2,21/0,28-9,2
4,10/0,17-23,4
47,9/1,03-329
2,52
2,86
84,8
1,14
0,70
1,77
ВПФ
РВ
СВЗ
ВПФ
РВ
СВЗ
ВПФ
РВ
СВЗ
ВПФ
РВ
СВЗ
ВПФ
РВ
СВЗ
1,52/0,48-2,24
7,82/0,01-31,6
33,4/1,12-122
0,48/0,03-1,40
1,22/0,02-0,38
18,5/0,08-117
0,52/0,07-1,0
2,39/0,03-13,4 ,
5,01/0,02г39,1
0,15/0,07-0,40
0,53/0,10-8,75
5,38/0,10-31,9
0,06/0,02-0,14
0,29/0,02-2,51
3,59/0,03-22,7
0,58
6,75
29,7
0,44
1,48
27,7
0,27
3,34
8,26
0,10
0,82
7,98
0,037
0,32
5,09
0,38
0,86
0,89
0,91
1,21
1,50
0,52
1,40
1,65
0,62
1,53
1,48
0,56
1,09
1,42
Коэффициент
асимметрии
2,01
2,87
2,05
0,22
1,25
1,25
0,92
1,51
1,95
0,33
1,87
2,49
1,62
8,34
1,84
0,58
3,78
1,90
Где: ВПФ – воды природного фона (поверхностные и подземные воды), створ №3; РВ –
речные воды, створ №1; СВЗ – сбросные воды мелиоративных систем, загрязненные стоками
с.-х. предприятий, створ №2.
Качество стока в замыкающем створе реки Старожиловка (створ №1)
характерно для малых рек, большая часть водосбора которых занято
селитебной территорией.
Качество стока со второго водосбора (створ №2) принято как характерное
для ландшафтов, измененных в последние годы за счет появления на
осушаемых землях промплощадок.
- 13 -
Качество стока с третьего водосбора (створ №3) можно считать
характерным для агроландшафтов сложившихся на территории Северо-Запада,
часть территории представляет из себя нетронутый природный ландшафт (лес,
частично заболоченный, и моховые болота), часть водосбора – это территории,
осушаемые закрытым дренажом или системой каналов с расстоянием 60-70 м,
именно такие ландшафты характерны для сельских районов Северо-Запада
России.
Четвертая глава посвящена апробации ОХЛ метода в составе системы
мониторинга качества воды (МКВ) на различных водных объектах СанктПетербурга и Ленинградской области, разработке комплексных мероприятий по
улучшению качества поверхностного и дренажного стока осушаемых земель.
С помощью методики контроля качества поверхностных и дренажных вод на
осушаемых землях были разработаны следующие комплексные мероприятия по
улучшению качества поверхностного и дренажного стока осушаемых земель:
1.
Оптимизация режима удобрения осушаемых земель.
2.
Оптимизация схемы размещения мелиоративных участков на водосборе.
3.
Устройство принципиально новых сооружений биологической очистки на
осушенных землях с использованием ОХЛ приборов контроля качества воды в
составе системы МКВ.
4.
Устройство сооружений специальной водоочистки поверхностных и
дренажных вод на осушаемых землях с использованием ОХЛ приборов
контроля качества воды в составе системы МКВ.
На рис. 6 и 7 представлены технологические схемы вышеуказанных
сооружений.
Рис.6.Технологическая схема устьевого дренажно-коллекторного биофильтра с применением
ОХЛ прибора контроля качества воды.
1.
Корпус биофильтра.
2.
Горизонтальная водосливная щель.
3.
Передняя стенка.
4.
Загрузка (тело биофильтра).
5.
Гибкий полимерный трубопровод для забора очищенной воды.
6.
Очищенная вода.
7.
ОХЛ прибор контроля качества воды в составе системы МКВ.
- 14 -
Рис. 7. Технологическая схема прудов-отстойников с применением ОХЛ прибора контроля
качества воды.
1.
Железобетонная водоподпорная стенка.
2.
Водослив.
3.
Земляная плотина.
4.
ОХЛ прибор контроля качества воды в составе системы МКВ.
На рисунке 8 представлена технологическая схема управления
процессами водоочистки поверхностных и дренажных стоков на осушаемых
землях.
Рис. 8. Технологическая схема управления процессами водоочистки поверхностных и
дренажных стоков на осушаемых землях.
Примечание:
1. Очистные сооружения биологической и механической очистки.
2. ОХЛ прибор в составе системы МКВ.
3. Сооружения специальной водоочистки поверхностных и дренажных вод на
осушаемых землях.
4. Диспетчерский пункт контроля и управления технологическими процессами
водоочистки.
5. Получение информации о качестве водоочистки на данном очистном сооружении.
6. Управляющее воздействие на технологический процесс водоочистки.
В настоящее время не решен вопрос определения с помощью ОХЛ метода
минерализованного азота и фосфора (содержащихся в очищенных сточных
водах), ведутся исследования в этом направлении.
Основные выводы:
1.
Проведен аналитический обзор и анализ существующих методов
контроля качества поверхностной и дренажной воды на осушаемых землях.
- 15 -
Отмечена невозможность вести автоматический экспресс контроль качества
воды в реальном времени существующими методами контроля.
2.
Показано, что между критерием ХПК и интенсивностью ОХЛ
аппроксимация значений составляет 0,99 для проб с содержанием с
содержанием органических соединений в диапазоне значений ХПК 0…55
мгО/л. Интенсивность ОХЛ линейно зависит от концентрации растворенного
вещества и аппроксимируется зависимостью:
ХПК=18,2 Iхл – 0,38 (Данная формула применима для контроля качества
поверхностных и дренажных стоков).
3.
Изучена зависимость интенсивности ОХЛ природных и сточных
вод от ряда мешающих факторов и показано, что в пределах изменения этих
факторов, наблюдаемая интенсивность ОХЛ изменяется под действием:
кислотности пробы – не более 5%; мутности пробы – не более5%; добавки
поверхностно-активных веществ – не более 3%; температуры анализируемой
пробы – не более 6%; общей концентрации минеральных солей – не более
10%.
4.
Разработана, испытана в лабораторных и натурных условиях система
МКВ поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях в реальном
времени при ее базировании непосредственно на инспектируемом объекте
(осушаемая территория), а также на берегу водного источника (озеро, река и
т.д.), на дренажной, канализационной трубе, на борту патрулирующего
инспекторского судна.
5.
Получены математические зависимости величины интенсивности
озонохемилюминесценции от температуры пробы, pH, мутности, солености
воды, концентрации антраниловой кислоты, ХПК, которые были внесены в
память ОХЛ прибора для определения таких параметров как ХПК, рН,
температура, соленость и мутность воды.
6.
Показана практическая значимость и эффективность ОХЛ прибора в
составе разработанной системы МКВ поверхностных и дренажных вод на
осушаемых землях на основе ОХЛ метода.
7.
Разработан
комплекс
мероприятий
по
улучшению
качества
поверхностного и дренажного стока и представлены технологические схемы
комплексных мероприятий по улучшению качества поверхностного и
дренажного стока на осушаемых землях на основе ОХЛ метода.
8.
Сформулированы основные направления дальнейших исследований, а
именно:
- определение количественного содержания основных биогенных элементов
(азота и фосфора) поверхностного и дренажного стока на основе ОХЛ метода в
составе системы МКВ;
- уточнение перечня параметров, контролируемых мобильными средствами
оперативного экологического контроля и мониторинга – датчиками
экологической сигнализации (ДЭС) в системе мониторинга качества воды
(МКВ), которые позволяют осуществлять непрерывный контроль качества
воды в реальном масштабе времени;
- 16 -
- совершенствование разработки комплекса мероприятий по улучшению
качества поверхностного и дренажного стока на осушаемых землях.
Основное содержание диссертации изложено в работах:
1. Платонов, Д. Г. Развитие тест-методов в системе экологического
контроля водной среды [Текст] / Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова,
А. В. Медимнов, Т. В. Деева // Сб. докл. 64-й науч. конф. ч. 2. – СПб.:
СПбГАСУ, 2007.
2. Платонов, Д. Г. Связь между содержанием растворенного
органического вещества и состоянием водной системы [Текст] /
Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова, А. В. Медимнов // Сб. докл. 62-й междунар.
науч.-техн. конф. молодых ученых ч. 2 – СПб.: СПбГАСУ, 2009.
3. Алексеев, М. И. Применение методологии скрининга при контроле
качества
воды
в
водных
объектах
с
использованием
озонохемилюминесцентных датчиков [Текст] / М. И. Алексеев, Д. Г. Платонов
// Новые исследования в областях водоснабжения, водоотведения, гидравлики и
охраны водных ресурсов: Материалы четвертых академических чтений – СПб:
ПГУПС, 2009.
4. Платонов, Д. Г. Контроль качества очистки сточных вод
озонохемилюминесцентным методом [Текст] / Д. Г. Платонов // Вестник
гражданских инженеров. 2009 –.№2(19). (из списка ВАК)
5. Платонов, Д.Г. Применение озонохемилюминесцентного метода
для выявления экологических правонарушений [Текст] /Д.Г. Платонов //
Сб. докл. 66-й науч. конф. ч. 2 – СПб.: СПбГАСУ 2009.
6. Платонов, Д. Г. Применение озонохемилюминесцентного метода
при хемилюминесцентном анализе контроля качества воды в водных объектах
[Текст] /Д.Г. Платонов // Сб. тез. науч.-практич. молодежной конференции
«Чистая вода – здоровье нации» – СПб.:2008 - 2009.
7. Платонов, Д. Г. Оценка влияния некоторых факторов на
интенсивность озонохемилюминесценции в водной среде [Текст] /
Д. Г. Платонов, Н. В. Новикова, А. В. Медимнов // Вестник гражданских
инженеров. 2009. – №3(20). (из списка ВАК)
8. Платонов Д.Г. Методика контроля качества поверхностных и
дренажных вод на осушенных землях» // Научно-практический журнал
«Природообустройство», 2011. - №2. (из списка ВАК)
9. Платонов Д.Г. Управление процессами водоочистки поверхностных
и дренажных стоков на осушенных землях // Журнал «Становление
современной науки», 2011. -том 10 (Прага, Изд. Обр. и наука).