Способ комплексной мелиорации слабопроточных водоёмов Российский патент 2022 года по МПК C02F9/00 E02B15/00 C02F3/32 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, и предназначено для комплексной очистки слабопроточных водоемов путем механического удаления донных осадков и биологической очистки водной толщи.

Уровень техники

Серьезной проблемой обеспечения экологической безопасности слабопроточных водоемов (водохранилищ, озер, технологических прудов) является накопление в них донных осадков, загрязненных посредством техногенных выбросов и сбросов, ухудшение качества природных вод, и, соответственно, питьевой воды, добываемой расположенных вблизи этих водоемов.

Из уровня техники известны способы снижения экологической опасности слабопроточных водных объектов путем снижения количества загрязняющих веществ в сточных водах (№№ RU 2562143, RU 2489365, RU 2629786, RU 2714006, R U2516570, RU 2630552). Однако такие способы являются чрезвычайно дорогостоящими, и решают проблему загрязнения лишь частично (на короткое время), так как накопление загрязняющих веществ в водоемах продолжается.

Известны способы биологической очистки поверхностных вод, которые являются менее затратными по сравнению с указанными выше, но также решающие проблему загрязнения водоемов только частично (№№ RU2629786, RU2126624, RU2562143, RU2755309, Кульнев В.В., Насонов А.Н., Жогин И.М. и др. Об опыте проведения управляемой альгоремедиации рекреационного водоема // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. №3. С. 58-64. https://doi.org10.18412/1816-0395-2020-3-58-64. [1]; Петросян В.С., Анциферова Г.А., Акимов Л.М. и др. Оценка и прогноз эколого-санитарного состояния Воронежского водохранилища на 2018-2019 гг // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. №7. С. 52-56. https://doi.org10.18412/1816-0395-2019-7-52-56. [2]; Анциферова Г.А., Кульнев В.В., Шевырев С.Л. и др. Искусственные водные объекты бассейна реки Воронеж и альгобиотехнология в управлении качеством вод // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 8. С. 50-54. https://doi.org10.18412/1816-0395-2018-8-50-54. [3]; Кульнев, В.В., Почечун В.А. Применение альголизации питьевых водоемов Нижнетагильского промышленного узла // Медицина труда и промышленная экология. 2016. №1. С. 20-21[4]), так как загрязнение донных отложений продолжается.

Известны способы механической очистки водоемов от донных осадков, которые также являются дорогостоящими, приводящими к разрушению экосистемы водного объекта и решающими проблему загрязнения водоемов также только временно (№№ RU2570460, RU2614877, Денисенко О.С. К вопросу комплексной оценки воздействия дноуглубительных работ методом гидромеханизации на различные систематические группы водных биологических ресурсов Новотроицкого водохранилища Ставропольского края // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. Астрахань. 2019. №2. С. 33-43. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2019-2-33-43. [5]; Безматерных Д.М., Кириллов В.В., Балыкин С.Н. и др. Влияние дноуглубительных работ на морфометрические характеристики, показатели качества воды и донных отложений озера Манжерокское (Республика Алтай) // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. Екатеринбург. 2020. №1. С. 6-18. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2020-1-1 [6]; Faith A. Kibuye, Arash Zamyadi, Eric C. Wert A critical review on operation and performance of source water control strategies for cyanobacterial blooms: Part II-mechanical and biological control methods // Harmful Algae. Vol. 109. 2021. https://doi.org/10.1016/j.hal.2021.102119. [7]).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ очистки от донных отложений и устройство (драга) для его реализации (№ RU 2614877, МПК E02B15/00, опубл. 30.03.2017 – прототип).

Достоинством известного способа является высокая экологичность процесса по сравнению с использованием широко применяемых земснарядов, так как при вычерпывании донных осадков происходит меньшее взмучивание и, соответственно, загрязнение водной толщи. Однако недостатком известного способа является дополнительное загрязнение поверхностных вод за счет взвеси донных отложений и длительное время установления нового экологического равновесия водоема.

Раскрытие изобретения

В связи с усилением антропогенного воздействия на водоемы в настоящее время актуальность мелиорации в целях создания условий для сохранения и рационального использования водных биоресурсов возрастает. При этом особенно важно использовать экологичные мелиоративные мероприятия с помощью водной растительности.

При создании изобретения решалась задача разработки комплексного способа мелиорации слабопроточных водоемов более эффективного и экологичного по сравнению с известными из уровня техники способами, при этом лишенного их недостатков.

Технический результат изобретения - повышение эффективности и экологичности очистки воды и донных отложений водоема.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ комплексной мелиорации включает очистку водоема от иловых отложений застойных зон и заболоченных участков и альголизацию водоема путем введения в водоем альголизанта. Используемый в описании предлагаемого способа комплексной мелиорации термин «альголизант» означает питательную среду с содержащимся в ней одним или несколько видами (штаммами этого вида) микроводорослей.

Площадь водного объекта разбивается на ряд малых участков (например, с помощью боновых конструкций), на каждом из которых производится параллельно механическая очистка по направлению течения и одновременная биологическая очистка с анализом результатов очистки каждого участка и коррекцией последующих этапов биологической очистки на каждом участке. Под параллельной очисткой подразумевается синхронное движение устройства очистки от донных отложений, например, драги и катера, с которого производится альголизация.

Анализ результатов очистки заключается в анализе химического состава воды с использованием портативных экспресс-анализаторов, на основании которого производится расчет изменения количества вносимого на последующих стадиях культивирования альголизанта пропорционально степени загрязнения участков водоема.

Заявленный способ более эффективно очищает водоемы благодаря использованию биологической очистки в момент изъятия донных отложений, что в комплексе приводит к быстрому установлению нового экологического равновесия с улучшением качества воды.

Осуществление изобретения

В процессе комплексной мелиорации слабопроточных водоемов площадь водоема разбивается на участки с помощью, например, боновых конструкций или защитных экранов. На каждом участке осуществляется выемка загрязненных донных отложений, например, с помощью драги. При этом одновременно производится удаление донных отложений, осаждение взвеси и осуществляется поэтапная альголизация путем внесения на каждом обработанном участке альголизанта.

Причем оценка результатов очистки каждого участка перед каждым внесением альголизанта определяет количество этапов внесения альголизанта и объем вносимого альголизанта на всех этапах очистки.

Эффективность предлагаемого способа очистки проверена на технологическом пруде оборотного водоснабжения металлургического комбината и проиллюстрирована в таблице 1.

Площадь зеркала водного объекта была разделена на четыре равных по площади участка. В течение трех недель убирались донные отложения на каждом участке и проводилась альголизация планктоным штаммом водоросли рода Chlorella, производящей очистку фотического слоя эпилимниона. Через неделю после вселения суспензии альголизанта в лабораторных условиях проводились измерения содержания химических компонентов, оценивалось состояние воды и уровень угнетения водорослевого сообщества, который нельзя прогнозировать априори (при сильном загрязнении участка). В результате для следующих участков количество суспензии увеличивалось в 2,2 раза.

В таблице 1 приведены результаты определения содержания основных загрязняющих веществ технологического пруда в 2017 году, а также в течение проведенной комплексной очистки в 2018 году. Показана также кратность изменения уровня загрязнения водоема относительно 2017 и 2018 годов. Загрязнение по каждому поллютанту усреднялось по всему водному объекту.

Таблица 1 - кратность изменения концентрации основных компонентов воды Компоненты 2017_ср. 2018_ср. Кратность 2018/2017 2019/2017 Токсиканты рудных концентратов (сырье) Железо 0,03 0,06 2,00 0,68 Медь 0,0004 0,01 25,00 1,25 Цинк 0,03 0,30 10,00 0,52 Никель 0,01 0,02 2,00 0,18 Марганец 0,02 0,05 2,50 0,19 Технологические токсиканты Фторид 2,05 0,93 0,45 0,43 Фенолы 0,02 0,002 0,10 0,10 Нефтепродукты 0,06 0,04 0,67 0,42 Сульфаты 1,30 213,60 164,31 1,34 Хром 0,004 0,01 2,50 0,26 Показатели качества воды ХПК 11,00 32,96 2,99 1,08 БПК₅ 1,83 3,20 1,75 1,21 Аммоний 0,52 1,88 3,62 2,14 Нитриты 0,18 0,97 5,39 0,67 Сухой остаток 63,67 496,80 7,80 1,36 рН 7,90 8,40 1,06 1,01 Кислород 6,30 6,50 1,03 1,01

Из таблицы 1 следует, что в течение 14 недель очистки всего водоема экологическое равновесие было нарушено с ухудшением качества поверхностной воды по основным загрязняющим веществам, что и следовало ожидать.

Но результаты анализа через 8 месяцев в 2019 году (таблица 1) показали, что в пруду установилось новое экологическое равновесие с существенным улучшением качества поверхностной воды технологического водоема, что подтверждает достаточно высокую эффективность предложенного способа очистки слабопроточных водных объектов.

Таким образом, предложенный способ комплексной мелиорации водоема направлен повышение эффективности и экологичности очистки воды и донных отложений водоема.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для комплексной очистки слабопроточных водоемов. Согласно способу площадь водного объекта разделяется на ряд участков. На каждом из участков производится выемка загрязненных донных отложений - механическая очистка. Одновременно производится удаление донных отложений и поэтапная биологическая очистка. Биологическая очистка производится с анализом результатов очистки каждого участка для последующей коррекцией биологической очистки для определения количества этапов внесения биологического вещества и его объема. Биологическая очистка осуществляется путем введения в водоем альголизанта. Технический результат: повышение эффективности и экологичности очистки воды и донных отложений водоема. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ комплексной мелиорации слабопроточных водоёмов, включающий механическое удаление загрязнённых донных отложений, отличающийся тем, что площадь водного объекта разделяется на участки, на каждом из которых производится механическая очистка и поэтапная биологическая очистка с анализом результатов очистки каждого участка для последующей коррекцией биологической очистки.

2. Способ комплексной мелиорации по п. 1, отличающийся тем, что разделение на участки осуществляется с помощью боновых конструкций.

3. Способ комплексной мелиорации по п. 1, отличающийся тем, что механическое удаление загрязнённых донных отложений осуществляется с помощью драги по направлению течения.

4. Способ комплексной мелиорации по п. 1, отличающийся тем, что биологическая очистка осуществляется путем введения в водоём альголизанта.

5. Способ комплексной мелиорации по п. 4, отличающийся тем, что в качестве альголизанта использована, по меньшей мере, одна культура микроводорослей.

6. Способ комплексной мелиорации по п. 5, отличающийся тем, что в качестве культуры микроводорослей используют планктонный штамм хлореллы.

7. Способ комплексной мелиорации по п. 1, отличающийся тем, что анализ результатов очистки проводится путем оценки состояния воды и уровня угнетения водорослевого сообщества на основании содержания в пробах воды химических компонентов.