Текст № 5. Особливості очистки стічних вод в умовах Донецького казенного заводу хімічних виробів к.М. Іщенко, г.В. Чудаєва Донецький національний технічний університет

Живу природу, що поставляє людству все необхідне для його існування, треба дбайливо берегти. Це зараз розуміють всі. За останні кілька десятків років з найбільшою очевидністю необхідність такої турботи з'явилася у відношенні найважливішого природного компонента - джерел чистої природної води, більшість з яких у результаті забруднення стічними водами - відходами життєдіяльності людини, вже перебувають під загрозою загибелі. Усе більш важливого значення набуває проблема охорони природи й, насамперед, водних об'єктів від забруднення, забезпечення потреби населення й народного господарства чистою водою. Однак успішне рішення цієї проблеми, що має глобальне значення, багато в чому залежить від кожної людини - від рівня її культури й розуміння суспільного значення питання. Для багатьох, навіть широко освічених людей часто є невідомим, що вся використана й, отже, забруднена вода неминуче потрапляє в ту ж водойму, з якої вона взята, або в інше природне джерело води, і що у зв'язку із цим невірне рішення питань очищення стічних вод загрожує здоров'ю населення. Найбільша частина населення міст і селищ, користуючись всіма досягненнями сучасної санітарної техніки в побуті, навіть не підозрює про існування найскладніших очисних споруджень і цілої науки про очищення стічних вод. Завдяки цьому, забруднення наших водойм, усього нашого природного оточення не можна вважати неминучим, тому що сучасні технології дозволяють здійснювати ефективне очищення вод. Очищення стічних вод і обробка їхнього осаду мають першорядне значення із санітарно-гігієнічної точки зору, що дуже важливо для збереження здоров'я людей.

Мета даного дослідження - визначити ефективність біологічного очищення стічних вод на очисних спорудженнях Донецького казенного заводу хімічних виробів.

Завдання:

1) визначити ступінь забруднення стічних вод;

2) зрівняти дані за ступенем забруднення стічних вод по періодах року;

3) дослідити ефективність очищення стічних вод на різних її стадіях;

4) зрівняти показники забруднення стічних вод до й після очищення.

Результати проведених досліджень дозволяють судити про ефективність біологічного очищення стічних вод у різні періоди року, а також видавати рекомендації для розробки заходів щодо зниження вмісту шкідливих викидів у стічних водах на промислових підприємствах міста й області.

Дослідження якості стічних вод по стадіях очищення проводились на очисних спорудженнях Донецького казенного заводу хімічних виробів (ДКЗХВ). Виробничі й господарсько-побутові стічні води надходять на заводські очисні спорудження. Заводські очисні спорудження повного біологічного очищення проектною продуктивністю 10тис.м³/сут., складаються із прийомного бункера, грабельного відділення, двох пісколовок, преаератора, двох первинних відстійників, двох аеротенків, двох вторинних відстійників, контактного резервуара, десяти ілових карт, хлораторної, компресорної, насосної станції для перекачування очищених стічних вод по напірному колектору в балку.

Після повного біологічного очищення стічні води надходять у балку Безіменну й далі в ріку Кальміус. Ріка Кальміус впадає в Азовське море. Відповідно до Закону України "Про охорону навколишнього природного середовища", підприємство повинне забезпечити нормативне очищення стічних вод, згідно з "Дозволом на спеціальне водовикористання", затвердженим Міністерством екології й природних ресурсів України, Держуправлінням екологічної безпеки в Донецькій області. Згідно з даним "Дозволом..." підприємству визначене гранично припустиме скидання (ПДС) речовин у водний об'єкт.

Технологічний аналіз роботи очисної станції починається з визначення кількості і якості стічних вод. Лабораторія веде постійний контроль за якістю стічної води по стадіях очищення по інгредієнтах. Стічна вода надходить на станцію нерівномірно. Оскільки технологічні показники роботи окремих споруджень (час перебування, період аерації й т.і.) розраховуються за середньодобовим припливом, при аналізі враховується нерівномірність надходження стічних вод.

Іноді спостерігається підвищення концентрації забруднень улітку, що пов'язане з відключенням у місті для ремонту системи гарячого водопостачання. Різко знижується концентрація забруднень у недільні й святкові дні, коли не працюють підприємства. Порівняння результатів аналізів у будні й святкові дні дає уяву про склад побутових стічних вод і про вплив на них промислових стоків. Аналіз годинних проб стічних вод показує, що концентрація забруднень змінюється по годинах доби.

Результати досліджень ефективності очищення стічних вод на ДКЗХВ в зимовий, весняний, літній і осінній періоди представлені у вигляді таблиць, у яких порівнюються дані по 36 найменуванням, на різних стадіях, а також графіків коливання рівня ефективності очищення стічних вод у періоди року за прозорістю, зваженим речовинам, БПК і тринітротолуолом.

Розрахунок ефективності за часом року здійснюється за формулою визначення ефективності очищення стічних вод.

Виходячи зі зроблених розрахунків і графіків, робимо висновок, що ефективність очищення стічних вод не залежить від пори року й малоефективна для таких показників, як хлориди, сульфати, лужність, твердість. У той час як основний забруднювач (тринітротолуол) піддається очищенню 95,5-100%.

У такий спосіб результати проведених досліджень показують:

1) Вміст шкідливих домішок у стічних водах не залежить від періоду року, а залежить від режиму роботи підприємства.

2) Високу ефективність біологічного очищення стічних вод від різних шкідливих домішок.

3) Забруднені стічні води, пройшовши всі етапи біологічного очищення, при потраплянні у водойми й ґрунт не являють небезпеки для навколишнього середовища.

4) Очищені біологічним методом стічні води цілком придатні для використання без якої-небудь додаткової обробки в технічних цілях: агропромислове застосування, рибництво, для повторного застосування тощо

Текст № 6. Антибактеріальні склометалеві покриття

для захисту сталевих виробів

О.В. Бабич, О.В. Саввова

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Актуальність забезпечення надійного довгострокового антибактеріального захисту об'єктів життєдіяльності людини визначається необхідністю підвищення якості життя, зростанням епідемій різної етіології, зокрема SARS та пташиного грипу, що забирають щорічно життя тисяч людей, а також незадовільним станом відомих рішень щодо боротьби з розмноженням хвороботворних бактерій у приміщеннях та обладнанні. До них відносяться операційні та реанімаційні блоки, пологові й інфекційні відділення, медичні та фармацевтичні лабораторії, харчоблоки, холодильне устаткування, ємності для зберігання і підігріву води, санітарно-технічне обладнання тощо.

Порівняльна оцінка закордонними вченими та фахівцями, наприклад професором Франко Марцулло - завідувачем лабораторії клінічних досліджень Моденского медичного інституту (Італія), стійкості різних матеріалів до дії патогенних мікроорганізмів: нержавіючої сталі, алюмінію, полімерів різного складу та маловуглецевих сталей з органічними та склоемалевими покриттями, - показала явні переваги традиційних склоемалевих покриттів. Склоемалеві покриття до того ж перевищують інші відомі види покриттів за поєднанням антикорозійних, міцносних, санітарно-гігієнічних та естетико-декоративних властивостей. Але навіть такі покриття не відповідають сучасним жорстким вимогам до антибактеріальних матеріалів.

На сьогоднішній день за кордоном широко рекламується різноманітна емальована сталева продукція з антибактеріальними покриттями нового покоління. До неї відносяться електроводонагрівачі, холодильники, пральні та посудомийні машини, кухонне обладнання, трубопроводи виробництва фірм "BOSH", "Eiserwerke Duker Grabh" (Німеччина), "Dupont"(США) та інш. Однак відсутні відомості про склади відповідних склоемалей та технологію одержання антибактеріальних покриттів на їх основі. Незважаючи на актуальність створення та використання подібних покриттів у нашій країні й наявності розвиненої вітчизняної емалювальної галузі в Україні не проводяться дослідження в цьому напрямку. Все це зумовлює необхідність виконання фундаментальних досліджень з метою створення вітчизняних антибактеріальних покриттів нового покоління на основі склоемалей та технології їх одержання.

Методом вирішення цього фундаментального завдання є введення в склоемалеву матрицю бактерицидних нанопорошків. Цс потребує розробки спеціальної технології антибактеріальних покриттів, що передбачає отримання склоемалевої матриці із запрограмованою мікроструктурою та властивостями; синтез бактерицидних нанопорошків, одержання склокомпозиційних покриттів на основі цих матеріалів. Бактерицидні порошки представляють собою керамічний порошок на основі фосфату кальцію та катіонів Ag⁺,Zn²⁺,Cu²⁺.

Бактерицидні властивості срібла відносяться до олігодинамічних. Це означає, що срібло активно діє у дуже низьких концентраціях. Руйнування мікроорганізмів відбувається в результаті утворення вільних іонів, які поглинаються на поверхні клітини й вступають у реакцію із групами SH ферментів і протеїнами.У результаті протеїни руйнуються. Срібло поводить себе по-іншому стосовно Escherichia coli і Staphylococcus aureus. Іони срібла спричиняють видалення мембрани між цитоплазмою та стінкою клітини, що призводить до появи видимого проміжку між двома складовими клітини. Мідь та цинк також проявляють оліго-динамічні властивості. Однак, у визначених концентраціях вони, по-перше, шкідливі для людей, по-друге, з огляду на бактерицидність дії не наскільки ефективні, як срібло.

Для забезпечення антибактеріальної дії емалевого покриття необхідно, щоб срібло в ньому було рівномірно розподілено, особливо в поверхневому шарі, де дія срібла характеризується найбільшим ефектом (рис.1).

Рис.1 Розподілення наночастин срібла за результатами електронної мікроскопії

Бактерицидні порошки були одержані методом хімічного осадження. Після реакції розчин було профільтровано та висушено. За результатами рентгенофазового аналізу синтезовані порошки в основному мали структуру на основі фосфату кальцію з катіонами, які дають антибактеріальний ефект. Структура фосфату кальцію використовується як переносник антибактеріальних катіонів металів. Склоемалі на основі фосфату кальцію мають найвищу біологічну сумісність і не проявляють токсичну дію.

Синтезований бактерицидний порошок було додано до фрит ЕСП-117 та ЕСП-5 у кількості 1 та 3 мас.% від ваги фрити. Емалевий шлікер з одержаної композиції наносили на попередньо заґрунтований металевий субстрат і випалювали за температури 820°С. Емальовані пластини було простерилізовано за 200°С протягом 2 годин в автоклаві. Колонії Escherichia coli були вирощені на бульйоні за 37°С. Розчинені бактерії разом із розчином були поміщені на дно чашок Petri таким чином, щоб шар бактерій знаходився у тісному контакті з емальованою пластиною.

Антибактеріальна активність емальованої поверхні визначається як ступінь скорочення росту бактерій на ній. Еталонні емальовані зразки проявили незначний рівень антибактеріальної активності. Високий рівень антибактеріальної активності спостерігається в усіх складах емалей з додаванням навіть 1 мас.% бактерицидного порошку. Найвищою антибактеріальною активністю характеризується емаль на основі фрити ЕСП-117 з додаванням фосфатів цинку та катіонів Ag⁺.

Одержані антибактеріальні склоемалеві покриття на основі традиційних покривних фрит із додаванням бактерицидного порошку можуть бути застосовані для захисту сталевих виробів, які використовуються в різних галузях життєдіяльності людини.

Текст № 7. Деякі аспекти поліпшення екологічної обстановки

вугільних регіонів

М.О. Савощенко, А.К. Чудовська, Е.О. Воробйов

Автомобільно-дорожній інститут Державного вищого навчального закладу "Донецький національний технічний університет"

У промислово розвинутих регіонах України має місце негативний вплив підприємств на навколишнє середовище. Одним із найбільших забруднювачів середовища є шахтний метан. В Україні щорічно коптується на земну поверхню до 800 млн. м³ метана, у народному господарстві використовується менше ніж 20%.

Зараз у різних країнах світу накопичено багатий досвід використання метану, який коптується вугільними шахтами.

Нами розглянуто питання застосування шахтного метану для виробництва харчового білку для потреб сільського господарства і, як наслідок цього, покращення екології регіону.

Шахтний метан може використовуватись в біотехнологічних процесах як вуглеводна сировина для отримання біомаси метаноокислювальних бактерій. Відомо, що інтенсифікація тваринництва потребує різкого збільшення виробництва харчового білку, оскільки сільському господарству необхідні додаткові джерела білку, які компенсують його недостатню кількість в традиційних рослинних харчах.

Основним шляхом зниження і ліквідації дефіциту білку є виробництво біомаси за допомогою мікробного синтезу, який має такі переваги перед іншими джерелами білкових речовин: мікроорганізми мають достатньо велику швидкість накопичення біомаси, мікробні клітини здатні накопичувати дуже велику кількість білку, сам процес біосинтезу є менш трудомістким порівняно з отриманням сільськогосподарської продукції і органічним синтезом білків.

Як продуценти на метані використовуються метаноокислювальні бактерії. У складі поживного середовища для культивації бактерій необхідна присутність джерел азоту, калію, мікроелементів та інших ростових факторів.

Виробництво метанокислювальних бактерій на шахтному метані, яке виконане з нашої участі, показало технічну спроможність його використання, як відходу вуглевидобутку, для виготовлення білково-вітамінного концетрату (БВК) (мал.1).

Нами також були виконані розрахунки економічних показників виробництва білку метаноокислювальних бактерій за концентрації метану в коптуючій суміші від 5 до 25 % при її витраті 90 м³/хв.(табл.1).

Із таблиці 1 бачимо, що у разі збільшення концентрації метану в коптуючій суміші в 5 разів продуктивність ферментаційної установки збільшується в 25 разів. За низьких концентрацій метану в суміші і у разі збільшення кисню зменшується інтенсивність росту бактерій.

У таблиці 2 наведені економічні показники отримання біомаси для тих самих концентрацій метану. Аналіз результатів розрахунків показав, що будівництво ферментаційної установки на шахті буде рентабельним за концентрації металу в суміші більшій ніж 12 %.

Крім виробництва білку метаноокислювальні бактерії використовуються для дегазації вугільних шахт, що дозволяє знизити викиди шахтного метану в атмосферу.

Рис.1 Технологічна схема видобування і використання шахтного метану:

1-вугільні пласти; 2-дегазаційна система шахти; 3-вузол підготовки метаноповітряної суміші; 4-ферментер; 5-вузол підготовки поживної суміші; 6-пункт приготування суспензії; 7-пункт зневоднення і сушіння суспензії.

Таблиця 1 - Технічні показники отримання біомаси

Концентра­ція метану в копту­ючій сумі­ші, %	Коефіці­єнт зміни активнос­ті росту від мак­симальної	Продуктив­ність уста­новки по метану, м3/доб.	Коефіцієнт використа­ння метану під час біосин­тезу	Продуктивність уста­новки, м3/доб.	Геометрич­ний об'єм ферменте­рів, м3	Продуктив­ність уста­новки, т/рік
5	0,09	6480	0,1	324	5,85	97
10	0,35	12960	0,2	1296	23,4	389
15	0,72	19440	0,3	2916	52,7	875
20	0,92	25920	0,4	5184	93,6	1555
25	1,00	32400	0,5	8100	146,3	2430

Таблиця 2 - Загальні економічні показники отримання біомаси

Концентрація метану в коптуючій суміші, %	Собівартість 1 т білку, грн/гону	Прибуток (+) або збитки (-), грн/рік	Термін окупності, роки
5	10923,3	-708,2	-
10	4337,4	-278,3	-
15	3121,4	438,0	20,4
20	2695,6	1440,6	6,3
25	2498,9	2729,1	3,4

При цьому у ферментері можна утилізувати близько 16 тис. м³ метану за добу, а в шахтних умовах - знизити газовиділення із відпрацьованих просторів на 4 тис. м³/добу на кожній ділянці.

Таким чином, запропонована технологія забезпечить зниження негативного впливу викидів вугільних шахт на довкілля, комплексне використання ресурсів і покращення харчової бази сільського господарства України.