Науковий вісник НГУ

Дослідження екобезпечної фільтрувальної установки очищення стічних вод із природної сировини

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2023

Останнє оновлення: 27 жовтня 2023

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 2067

Authors:

О. Р. Бєлянська*, orcid.org/0000-0001-8026-8004, Дніпровський державний технічний університет, м. Кам’янське, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

К. С. Красніков, orcid.org/0000-0002-4241-0572, Дніпровський державний технічний університет, м. Кам’янське, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. Г. Наконечний, orcid.org/0000-0002-8789-8348, Дніпровський державний технічний університет, м. Кам’янське, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2023, (5): 128 - 133

https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-5/128

Abstract:

Мета. Створити нову екобезпечну фільтрувальну установку очищення стічних вод на основі природної та вторинної сировини, що дозволить раціонально використовувати природні ресурси, із наступним математичним моделюванням гідродинаміки змішування доочищених стічних вод у біоставках для прогнозування виносу залишкових концентрацій з фільтру.

Методика. Для вирішення поставлених завдань використовували комплекс сучасних методів теоретичних та експериментальних досліджень. Концентрацію забруднювачів визначали за допомогою атомно-адсорбційної спектроскопії, титриметрії та гравіметричного методу, пірометричного аналізу. Створена лабораторна установка, що містить приймальну ємність, колонку фільтрувальну, ємність для збору очищеної стічної води. Прогнозування розподілу та змішування очищеного стоку в біоставках проводили із застосуванням математичного та програмного апарату ПК.

Результати. Створена екобезпечна фільтрувальна установка, що містить у своєму складі пісок, опале листя липи, тополі, пластикові залишки, що розмежовані полімерною сіткою, для очищення стічної води від зважених речовин і нітратів. Досліджена кінетика зміни концентрації зважених речовин і нітратів у міській стічній воді. Концентрація зважених речовин зменшилася на 85–92 % при використанні фільтрувальної установки. Концентрація нітратів в очищеній воді на такій установці зменшується з 12  до 0,25–0,05 мг/дм³. Отримана математична модель розподілу очищеної води по біоставку, що дозволяє спрогнозувати можливі міграційні напрямки розповсюдження залишкових концентрацій в очищеній воді при її природному русі за течією.

Наукова новизна. Уперше досліджено вплив видового походження опалого листя на експлуатаційні показники фільтрувальної установки стічної води міських очисних споруд, що дало можливість обґрунтувати новий шлях утилізації цього виду відходів. Уперше встановлено, що очищення стічних вод при використанні екобезпечної фільтрувальної установки на основі природної та вторинної сировини, яка містить шари піску, опалого листя липи й тополі, дозволяє знизити вміст завислих речовин у стічних водах у 1,5 рази від гранично допустимої концентрації, у 4 рази зменшує концентрацію нітратів від початкової. Забрудники зі стічних вод механічно закріплюються в кишеньках (мікрощілинах, тріщинах) опалого листя, які утворилися при висушуванні листя, що пояснюється затвердінням міжклітинників з утворенням специфічної геометрії отворів. Уперше виконане математичне моделювання руху доочищеної стічної води, яка пройшла очищення, у біологічному ставку зі складною геометрію, що дозволяє оцінити концентрацію забруднюючої речовини на виході її з останнього ставку.

Практична значимість. Створена екобезпечна установка фільтрування стічної води дозволяє виконувати не тільки фільтрування, але й ефективне біологічне очищення від нітратів стічної води на поверхні шарів опалого листя. Широке використання запропонованої установки дозволить залучити в якості вторинної сировини використаний у побуті пластик поліетиленових пляшок. На основі запропонованої математичної моделі руху очищеної рідини, що містить залишкові концентрації забрудників, можливо здійснювати якісне прогнозування та оптимізацію процесу каскадного очищення стічної води промислових і господарчих підприємств.

Ключові слова: стічна вода, опале листя, пірометричний аналіз, фільтрування, біологічні каскадні ставки

References.

1. Mach, V., Šír, M., & Soroka, M. (2018). Industrial Ukraine: Impact of pollution oninhabitants and the environment in five industrial cities (Report). Retrieved from https://329736450_Impact_of_pollution_on_inhabitants_and_the_environment_in_five_industrial_cities_in_Ukraine.

2.  Boychenko, M. S., Vovk, O. O., Gladysheva, V. A., Boychenko, S. V., & Shamansky, S. Y. (2018). Prospects of a microbiological method of wastewater treatment from bioresistant pharmaceutical products. Science-Based Technologies, 1(31). https://doi.org/10.18372/2310-5461.37.12375.

3. Grigorov, A., Mardupenko, A., Sinkevich, I., Tulskaya, A., & Zelenskyi, O. (2018). Production of boiler and furnace fuels from domestic wastes (polyethylene items). Petroleum & Coal journal, 60(6), 1149-1153.

4. Teoh, S. K., & Li, L. Y. (2020). Feasibility of alternative sewage sludge treatment methods from a lifecycle assessment (LCA) perspective. Journal of Cleaner Production, 247, 119495. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119495.

5.  Mo, Z., Dan Li, D., & She, Q. (2022). Semi-closed reverse osmosis (SCRO): A concise, flexible, and energy-efficient desalination process. Desalination, 544, 116147. https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116147.

6. He, X., Zheng, Z., Ma, M., Su, Y., Yang, J., Tan, H., Wang, Y., & Strnadel, B. (2020). New treatment technology: The use of wet-milling concrete slurry waste to substitute cement. Journal of Cleaner Production, 242, 118347. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118347.

7. Wu, S., Kuschk, P., & Wiessner, A. (2013). Response of Removal Rates to Various Organic Carbon and Ammonium Loads in Laboratory-Scale Constructed Wetlands Treating Artificial Wastewater. Water Environment Research, 85(1), 44-53. https://doi.org/10.2175/106143012X13415215907293.

8.  Bartosovic, M., & Castelo-Branco, G. (2022). Multimodal chromatin profiling using nanobody-based single-cell CUT&Tag. Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/s41587-022-01535-4.

9. Maletskyi, Z. V. (2012). Championship of pitcher filters. Water and water treatment technologies. Scientific and practical magazine, 4(64), 4-15.

10. Mitchenko, T. Ye. (2019). Series of publications “The world of modern water treatment”. Methods and materials. Kyiv: BYBT Waternet. SBN 978-966-97940-2-4.

11. Belyanska, O. R., & Antareva, Yu. V. (2021). Research on the process of processing liquid waste of urea production using a biofilter. Collection of scientific works of the Dnipro State Technical University (technical sciences), 2(39), 125-133. https://doi.org/10.31319/2519-2884.39.2021.14.

12.  Eliche-Quesada, D., Ruiz-Molina, S., Pérez-Villarejo, L., Eulogio Castro, E., & Sánchez-Soto, P.J. (2020). Dust filter of secondary aluminium industry as raw material of geopolymer foams. Journal of Building Engineering, 32, 101656. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101656.

13. Diakonov, V. I., Buzina, I. M., & Khainus, D. D. (2020). Ecological methods of disposal of fallen leaves and plant waste. Taurida Scientific Herald, 111, 258-264. https://doi.org/10.32851/2226-0099.2020.111.35.

14. Soroka, M. L., & Yaryshkina, L. A. (2012). Environmental assessment of seasonal municipal waste based on fallen leaves in green areas of the city of Dnipropetrovsk. Collection of scientific works of the National Mining University, 38, 183-192. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/znpngu_2012_38_29.

15. Skip, O. S., Butsiak, A. A., Havryliak, V. V., Shved, O. V., & Butsiak, V. I. (2018). Alternative use of fallen leaf substrates in vermiculture. Chemistry, technology of substances and their application. CTAS. 1(2), 74-79. https://doi.org/10.23939/ctas2018.02.074.

16. Soroka, M. L., Zelenko, Yu. V., & Yaryshkina, L. O. (2012). Study on the operational properties of the sorbent for the elimination of emergency and technological emissions of petroleum products and hydrocarbons in transport. Bulletin of the National Shipbuilding University: Technogenic safety, 3, 233-237. Retrieved from http://evn.nuos.edu.ua/article/view/23014.

17.  Terrazas-Nájera, C. A., Romero, A., Felice, R., & Wicker, R. (2023). Multi-wavelength pyrometry as an in situ diagnostic tool in metal additive manufacturing: Detecting sintering and liquid phase transitions in electron beam powder bed fusion. Additive Manufacturing, 63, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103404.

18. Othman, S. Q., Ahmed, A. H., & Mohammed, S. I. (2023). Natural radioactivity and radiological risk assessment due to building materials commonly used in Erbil city, Kurdistan region, Iraq. Environmental Monitoring and Assessment, 195, 140. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10745-x.

19. Savelyeva, M. V., & Gudz’, Yu. V. (2022). Factors of the psychological status in victims of radiation accidents, which mitigate development of psychosomatic disorders in the long term. Medicо-Biological and Socio-Psychological Problems of Safety in Emergency Situations, (1), 117-125. https://doi.org/10.25016/2541-7487-2022-0-1-117-125.

20. Maksimova, N. M., & Makarova, T. K. (2020). Assessment of the risk of an accident and calculation of the process of destruction of the soil dam of the tailings storage facility. Communal management of cities, 3(156), 99-104. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2020-3-156-99-104.

21. Ahmadini, A., Msmali, A., Mutum, Z., & Raghav, Y. S. (2022). The Mathematical Modeling Approach for the Wastewater Treatment Process in Saudi Arabia during COVID-19 Pandemic. Discrete Dynamics in Nature and Society. https://doi.org/10.1155/2022/1061179.

22. del Castillo, A. F., Garibay, M. V., Senés-Guerrero, C., Carlos Yebra-Montes, C., de Anda, J., & Gradilla-Hernández, M. S. (2020). Mathematical Modeling of a Domestic Wastewater Treatment System Combining a Septic Tank, an Up Flow Anaerobic Filter, and a Constructed Wetland. Water, 12(11), 3019. https://doi.org/10.3390/w12113019.

23. Dariusz, M., Bugajski, P., & Młyńska, A. (2019). Application of the Mathematical Simulation Methods for the Assessment of the Wastewater Treatment Plant Operation Work Reliability. Water, 11(5), 873. https://doi.org/10.3390/w11050873.

24. Gohary, R. El., & Sánchez, J. (Reviewing Ed.) (2020). Low-cost natural wastewater treatment technologies in rural communities using Instream Wetland, Moringa Oleifera, and Aeration Weirs – A comparative study. Cogent Engineering, 7(1). https://doi.org/10.1080/23311916.2020.1846244.

25. Meister, M., & Wolfgang, R. (2015). Wastewater treatment modeling with smoothed particle hydrodynamics. Environmental modeling and software, 75, 206-211. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2015.10.010.

26. Zhang, C., Zhu, Y-J., Wu, D., Adams, N.A., & Hu, X. (2022). Smoothed particle hydrodynamics: Methodology development and recent achievement. Journal of Hydrodynamics, 34, 767-805. https://doi.org/10.1007/s42241-022-0052-1.

• < Попередня
• Наступна >