CC BY
1ИЛЬЯСОВ Олег Рашитович,
доктор биологических наук, профессор кафедры техносферной и экологической безопасности, Уральский государственный аграрный университет,
e-mail: [email protected]
ШИЛОВЦЕВ Андрей Владимирович,
кандидат исторических наук, доцент кафедры философии, Уральский государственный аграрный университет, доцент кафедры теории, методологии и правового обеспечения государственного и муниципального управления
Уральский федеральный университет, e-mail: [email protected]
ГАВРИЛИН Игорь Игоревич,
кандидат биологических наук, заведующий кафедры техносферной безопасности, Уральский государственный университет путей сообщения,
e-mail: [email protected]
БЕЛИНСКИЙ Станислав Олегович,
кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности, Уральский государственный университет путей сообщения,
e-mail: [email protected]
КРУПЕНИН Сергей Сергеевич,
кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности, Уральский государственный университет путей сообщения,
e-mail: [email protected]
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ НАСЫПИ
= Аннотация. Авторами статьи рассмотрена технология очистки сточных вод с железно-= дорожной насыпи с использованием диатомита в фильтрующей загрузки фильтрующей поло-= сы. Рассмотрена возможность использования природных ионообменных материалов (диато-= мит) в технологии очистки загрязненных поверхностных сточных вод.
= Ключевые слова: Диатомит, очистка, фильтрующая полоса, поверхностные стоки, тер-= ритория железнодорожного транспорта, насыпи, защита, окружающая среда.
ILYASOV Oleg Rashitovich,
professor, doctor of biological sciences, Department of Technosphere and Environmental Safety,
Ural State Agrarian University
SHILOVTSEVAndrey Vladimirovich,
Candidate of Historical Sciences, Associate Professor of the Department of Philosophy, Ural State Agrarian University, Associate Professor of the Department of Theory, Methodology and Legal Support of State and Municipal Administration
Ural Federal University
GAVRILIN Igor Igorevich,
Candidate of Biological Sciences, Head of the Department of Technosphere Safety, Ural State Transport University
BELINSKY Stanislav Olegovich,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety, Ural State Transport University
KRUPENIN Sergey Sergeevich,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety, Ural State Transport University
TECHNOLOGY FOR PURIFICATION OF WASTEWATER FROM RAILWAY
= Annotation. The authors of the article reviewed the technology for treating wastewater from a = railway embankment using diatomaceous earth in the filter loading of the filter strip. The possibility = of using natural ion-exchange materials (diatomite) in the technology of treating contaminated sur-= face wastewater is considered.
= Key words; Diatomite, treatment, filter strip, surface runoff, railway transport area, embank-= ments, protection, environment.
Цель - исследование использования природных сорбентов (опока, диатомит) в технологии защиты окружающей среды от загрязнения поверхностными стоками с территорий железнодорожного транспорта.
Для достижения цели потребовалось решить ряд задач:
- анализ актуальности проблемы защиты окружающей среды от загрязнения поверхностными сточными водами с территории железнодорожного транспорта;
- анализ исследований по использованию природных сорбентов в технологиях защиты окружающей среды от загрязнения экоток-сикантами.
Методы исследования - аналитический метод исследования. Анализ научной и научно-методической литературы по проблеме внедрения практических навыков в образовательной среде.
Дренажно-фильтрующие и экранирующие слои выполняются в виде насыпи, которая включает в себя фильтрующую полосу, расположенную на берме насыпи вдоль железнодорожных путей, вблизи водоохранной зоны [1]. Дождевые и талые стоки с территории железнодорожного полотна, благодаря подстилающим водонепроницаемым материалам, поступают в дренажный, а затем в фильтрующий слой, для последующей очистки стоков [2].
Загрязненный поверхностный сток, стекая по уклону насыпи, попадает на фильтрующую полосу [3, 4].
Фильтрующая полоса представляет собой трехслойную лентообразную вдоль железнодо-
рожной насыпи. Ширина фильтрующей полосы 1 м., высота 0,7 м. Откос полосы, как и у насыпи 1:1,5.
Верхний слой полосы выполняется из щебня (гравия) высотой 150 мм, размер гранул 2 - 10 мм. Его назначение - гашение скорости потока поверхностных вод перед поступлением в зону фильтрации (2 слой), а также выделение из потока взвеси большой гидравлической крупности.
Средний (основной) фильтрующий, обладающий сорбционной способностью по нефти, слой из диатомита. Высота слоя 700 мм с размером гранул 0,8 - 2 мм.
Нижний слой полосы представляет собой дренажную систему из щебня (гравия) высотой слоя 150 мм с размером гранул 2,0 - 10 мм, укладываемый на грунт.
На первом этапе следует решать проблему гашения скоростного напора и перевода движения жидкости из вертикального в горизонтальный. Это обеспечивается первым слоем полосы, образованным относительно крупной фракцией гравия (2 - 10 мм), и травяным покровом.
Между фильтрующим слоем из диатомита и верхним слоем из щебня укладывается дырчатая полиэтиленовая распределительная диафрагма. Назначение диафрагмы - перевод движения поверхностного стока с горизонтального направления в вертикальное. Это будет способствовать равномерному распределению стока по площади фильтрующей полосы. Край распределительной диафрагмы должен заходить в тело ж.д. насыпи на 200 - 300 мм. Общая ширина диафрагмы 1400 -1500 мм. Размеры и количество отверстий в диафрагме (из расчета на 1 п.м. при рабочей
ширине 1000 мм): d = 10мм, 440 отверстий общей площадью 36000мм2 (3 % от площади фильтрации). Отверстия располагаются в ряд по 20 отверстий через одинаковые расстояния 50 мм по осям. Количество рядов - 22 через 50 мм.
Наличие диафрагмы позволяет осуществить равномерную гидравлическую нагрузку по всей площади фильтра. При малых расходах талого или дождевого стока вода проходит только через отверстия первого ряда. При постепенном увеличении расхода в работу включаются отверстия других рядов. Это обеспечивает равномерную нагрузку на всю поверхность фильтрующей полосы, а не только участка, примыкающего к железной дороге насыпи.
Материалом для диафрагмы могут служить геомембраны, изготавливаемые из полиэтилена (толщиной 1 мм) в виде рулона.
Верхний слой фильтрующей полосы можно засеять многолетними травами (из расчета 40 г/ м2). Их ризосфера в виде мочковатой корневой системы включает бактериальную микрофлору. В состав последней входят и нефтеразрушающие бактерии, способствующие самоочищению от задержанного верхним слоем полосы нефтеза-грязненного грунта и адсорбированных на фильтрующей загрузке нефтепродуктов.
Для контроля за качеством поверхностного стока, профильтрованного через полосу, в ее дренажную систему рекомендуется перпендикулярно насыпи уложить перфорированную трубу диаметром 50 мм с отверстиями d 2-3 мм. Отверстия располагаются через 50 мм вдоль длины дренажной трубы сверху и боковых сторон. Учитывая ширину фильтрующей полосы, длина дренажной трубы должна быть 1,3 - 1,5 м. Дренажные трубы, предназначенные исключительно для
получения возможности отбора контрольных проб фильтрата, следует укладывать через 100 м по фронту насыпи. Отбор проб на анализ следует проводить либо в период интенсивного снеготаяния, либо во время дождя. Для удобства отбора фильтрата в лабораторную посуду предлагается под концом трубы выкопать приямок.
На втором этапе для предотвращения образования сосредоточенного потока по склону основной ж.д. насыпи следует обеспечить растекание воды по всей площади фильтрующей поверхности полосы. Это обеспечивается дырчатой распределительной полиэтиленовой диафрагмой, которая за счет создания сопротивления при протекании стока через отверстия обеспечивает его растекание по всей площади полосы, а в дальнейшем равномерную нагрузку по воде фильтрующей загрузки в виде диатомита.
Фильтрация стока через диатомит со скоростью 0,4 - 1,0 м/ч при толщине слоя 1,0 м обеспечивает время контакта с нефтепродуктами более 30 мин. и позволяет максимально использовать ее сорбционную способность. В этом слое проходит основная фаза глубокой очистки поверхностного стока от взвеси (Сост. - 2 мг/дм3) и нефтепродуктов (Сост.н.п. - 0,05 мг/дм3).
Третий дренажный слой обеспечивает свободный вывод фильтрата из тела фильтрующей полосы. Одновременно он используется для размещения в нем перфорированной трубы для отбора фильтрата на качественный анализ.
Фильтрующие полосы располагаются в теле насыпи железнодорожных путей, очистка поверхностных сточных вод осуществляется в проточном режиме, выполненных в едином корпусе. На рисунке представлен железнодорожный путь.
Рисунок. Профиль железнодорожной насыпи
В проектных бровках предлагаем установить фильтрующую полосу. На одном погонном метре пути ширина фильтрующей полосы составит 1,7 метра и высотой 0,7 метра. Площадь фильтрующей полосы составит 0,95 м2. На один погонный метр фильтрующей полосы потребуется 0,95 м3 диатомита.
Поверхностный сток, стекая по уклону насыпи, попадает на фильтрующую полосу.
Фильтрующая полоса представляет собой трехслойную лентообразную вдоль железнодорожной насыпи. Ширина фильтрующей полосы 1,7 м., высота 0,8 м. Откос полосы как и у насыпи 1:1,5.
Верхний слой полосы выполняется из щебня (гравия) высотой 150 мм, размер гранул 2 - 10 мм. Его назначение - гашение скорости потока поверхностных вод перед поступлением в зону фильтрации (2 слой), а также выделение из потока взвеси большой гидравлической крупности.
Средний (основной) фильтрующий, обладающий сорбционной способностью по нефти, слой из диатомита. Высота слоя 700 мм с размером гранул 0,8 - 2 мм.
На первом этапе следует решать проблему гашения скоростного напора и перевода движения жидкости из вертикального в горизонтальный. Это обеспечивается первым слоем полосы, образованным относительно крупной фракцией гравия (2 - 10 мм), и травяным покровом.
Между фильтрующим слоем из диатомита и верхним слоем из щебня укладывается дырчатая полиэтиленовая распределительная диафрагма. Назначение диафрагмы - перевод движения поверхностного стока с горизонтального направления в вертикальное. Это будет способствовать равномерному распределению стока по площади фильтрующей полосы. Край распределительной диафрагмы должен заходить в тело ж.д. насыпи на 200 - 300 мм. Общая ширина диафрагмы 1400 -1500 мм. Размеры и количество отверстий в диафрагме (из расчета на 1 п.м. при рабочей ширине 1700 мм): d = 10мм, 440 отверстий общей площадью 36000мм2 (3 % от площади фильтрации). Отверстия располагаются в ряд по 20 отверстий через одинаковые расстояния 50 мм по осям. Количество рядов - 22 через 50 мм.
Наличие диафрагмы позволяет осуществить равномерную гидравлическую нагрузку по всей площади фильтра. При малых расходах талого или дождевого стока вода проходит только через отверстия первого ряда. При постепенном увеличении расхода в работу включаются отверстия других рядов. Это обеспечивает равномерную нагрузку на всю поверхность фильтрующей полосы, а не только участка, примыкающего к железной дороге насыпи.
Материалом для диафрагмы могут служить геомембраны, изготавливаемые из полиэтилена (толщиной 1 мм) в виде рулона.
Верхний слой фильтрующей полосы можно засеять многолетними травами (из расчета 40 г/ м2). Их ризосфера в виде мочковатой корневой системы включает бактериальную микрофлору. В состав последней входят и нефтеразрушающие бактерии, способствующие самоочищению от задержанного верхним слоем полосы нефтеза-грязненного грунта и адсорбированных на фильтрующей загрузке нефтепродуктов.
На втором этапе для предотвращения образования сосредоточенного потока по склону основной ж.д. насыпи следует обеспечить растекание воды по всей площади фильтрующей поверхности полосы. Это обеспечивается дырчатой распределительной полиэтиленовой диафрагмой, которая за счет создания сопротивления при протекании стока через отверстия обеспечивает его растекание по всей площади полосы, а в дальнейшем равномерную нагрузку по воде фильтрующей загрузки в виде диатомита.
Фильтрация стока через диатомит со скоростью 0,4 - 1,0 м/ч при толщине слоя 1,0 м обеспечивает время контакта с нефтепродуктами более 30 мин. и позволяет максимально использовать ее сорбционную способность. Эффективность очистки загрязненных поверхностных сточных вод с железнодорожной насыпи с использованием диатомита в качестве фильтрующей загрузки составит 90-99 %.
Выводы.
Использование диатомитовых сорбентов в технологии очистки поверхностных сточных вод с территорий железнодорожного транспорта в основе фильтрующих полос является экологически и экономически перспективным.
Исследования качества талых и дождевых сточных вод с железнодорожных станций выявили сильное негативное воздействие на водные экосистемы. В данных стоках наблюдается превышение ПДК рыбохозяйственного назначения по следующим веществам: взвешенные вещества - в 36 раз, нефтепродукты - в 40 раз.
Приведен анализ эффективности применения диатомита в виде сорбента для очистки поверхностных сточных вод с территорий железнодорожных путей. Сделан вывод о перспективности использования диатомита в технологиях очистки поверхностных сточных вод.
На основании лабораторных исследований установлена эффективность очистки талого стока с использованием диатомита от взвешенных веществ и нефтепродуктов - 98,9% и 99,0% соответственно.
Проведены расчеты срока службы фильтрующей полосы с использованием диатомита. На основании выполненных расчетов срок службы фильтрующей полосы можно прогнозировать на 37 лет.
Предложено конструктивное оформление фильтрующей полосы для очистки поверхностных сточных вод от загрязняющих веществ с территорий железнодорожных путей с использованием в виде фильтрующей загрузки диатомита.
Список литературы:
[1] Ильясов О.Р., Кошелев С.Н., Асонов А.М. Утилизация сточных вод животноводческих хозяйств в замкнутой водохозяйственной системе гидропоникума / О.Р.Ильясов / Вестник курганской ГСХА. 2017. № 1 (21). С. 29-34.
[2] Асонов А.М., Ильясов О.Р., Кириллов М.В Активный ил станций аэрации - биологический ресурс органических удобрений / О.Р. Ильясов / Аграрный вестник Урала. 2012. № 4 (96). С. 45-47.
[3] Неверова О.П., Ильясов О.Р., Донник И.М., Шаравьев П.В. Технология подготовки сточных вод животноводческих хозяйств для их использования в качестве питательного субстрата / О.Р. Ильясов / Аграрный вестник Урала. 2016. № 10 (152). С. 31-36.
[4] Ilyasov O. Content of heavy metals in the bottom sediments of the wastewater of the processing enterprise / Kovaleva O., Sannikova N., Ilyasov O.
- Текст: непосредственный. // В сборнике: E3S Web of Conferences. 22. Сер. "22nd International Scientific Conference on Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies, EMMFT 2020" 2021. С. 01009.
Spisok literatury:
[1] Ilyasov O.R., Koshelev S.N., Asonov A.M. Disposal of wastewater from livestock farms in a closed hydroponic water system / O.R. Ilyasov / Bulletin of the Kurgan State Agricultural Academy. 2017. No. 1 (21). pp. 29-34.
[2] Asonov A.M., Ilyasov O.R., Kirillov M.V. Activated sludge of aeration stations - a biological resource of organic fertilizers / O.R. Ilyasov / Agrarian Bulletin of the Urals. 2012. No. 4 (96). pp. 45-47.
[3] Neverova O.P., Ilyasov O.R., Donnik I.M., Sharaviev P.V. Technology for the preparation of wastewater from livestock farms for their use as a nutrient substrate / O.R. Ilyasov / Agrarian Bulletin of the Urals. 2016. No. 10 (152). pp. 31-36.
[4] Ilyasov O. Content of heavy metals in the bottom sediments of the wastewater of the processing enterprise / Kovaleva O., Sannikova N., Ilyasov O.
- Текст: непосредственный. // В сборнике: E3S Web of Conferences. 22. Сер. "22nd International Scientific Conference on Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies, EMMFT 2020" 2021. С. 01009.
