ӘОЖ  628.315.2.                                                                  Қол жазба құқығында                                                 

 

 

 

 

 

 

Абиева Гүлдана Солтанқызы

 

 

 

 

 

САРҚЫНДЫ СУЛАРДЫ ТАЗАРТУ ҮШІН БИОЛОГИЯЛЫҚ ТОҒАННЫҢ  СІҢУГЕ ҚАРСЫ ЖАБЫНЫН ЖАСАУ

 

 

05.23.04-Сумен жабдықтау, канализация, су ресурстарын қорғаудағы

құрылыс жүйесі

 

 

Техника ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесін алу үшін дайындалған диссертацияның

АВТОРЕФЕРАТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы

Алматы, 2008

Диссертациялық жұмыс Қорқыт Ата атындағы Қызылорда Мемлекеттік университетінде және Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық Техникалық университетінде орындалды

 

Ғылыми жетекші:               техника ғылымдарының докторы,  профессор,

                                                 ҚР Ұлттық инженерлік академиясының және 

                                                 Халықаралық инженерлік академиясының        

                                                 академигі, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік

                                                 сыйлығының  лауреаты, Қазақстанның еңбегі  

                                                 сіңген қайраткері 

                                                 Мырзахметов Меңлібай Мырзахметұлы

                                                          

Ғылыми кеңесші:                 Ауыл шаруашылық ғылымдарының докторы,

                                                  профессор Шомантаев Асылхан  Әшімұлы

 

 

Ресми оппоненттер:              т.ғ.докторы Балғабеков Қуат Базкенұлы,

                    т.ғ. кандидаты Чекаев Мнир Гисметұлы.

 

 

Жетекші ұйым:                     М. Тынышбаев атындағы Қазақ көлік және                 

                                                  коммуникацилар академиясы

 

 

 

      Диссертация 2008 жылдың 30 сәуір күні сағат 10⁰⁰ Қ.И.Сәтбаев атындағы  Қазақ Ұлттық Техникалық Университеті жанындағы Д.14.61.25   Диссертациялық кеңестің мәжілісінде қорғалады.

 

 

Мекен жайы:   050013, Алматы қаласы, Қ.И.Сәтбаев көшесі, 22,  

                            Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық

                            университеті.

 

 

Диссертациямен Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің кітапханасында танысуға болады.

 

 

Афтореферат 2008 жылы  28 наурызда таратылады.

 

 

Диссертациялық кеңестің ғылыми хатшысы,

Техника ғылымдарының докторы, профессор                                     М.Т.Жараспаев           

 

КІРІСПЕ

 

  Жұмыстың өзектілігі. «Қазақстан-2030» даму стратегиясының «Экологиялық қауіпсіздік бөлімінде» қоршаған орта мен қоғам арасында үйлесімділікке жетуі, және Қазақстан Республикасының табиғат қорғау қызметінің негізгі приоритеті болып табылатын экологиялық қолайлы тіршілік ортасын дамыту жолдары  қарастырылған. Қоршаған орта сапасын жақсарту үшін республикада «Қазақстан Републикасының экологиялық қауіпсіздік концепциясы», «Қазақстан Республикасының экологиялық кодексі», «Қазақстан Республикасының тұрақты даму стратегиясы» және басқа да табиғи ресурстарды қорғау және тиімді пайдалану бойынша мөлшерлік-әдістемелік және құқықтық құжаттар қабылданды.

Қазақстан су ресурстары тапшы аймақтарға жатады. Дегенмен, соңғы онжылдықта республиканың су ресурстарының антропогенді факторлар әсерінен ластануы байқалуда, олардың ең қауіптілері – дұрыс тазартылмаған немесе тазартылмаған сарқынды сулар. Көптеген тұрғын аймақтарда сарқынды суларды тазартылуының қазіргі жағдайы  экологиялық және санитарлы-гигиеналық талаптарға сәйкес емес.

Мемлекет экономикасының аймақтық-өнеркәсіптік кешендер, аймақтар мен аудандар кесіндісінде дамуы көптеген жағайда су ресурстарының жағдайына байланысты. Бұл әсіресе шөл және шөлейтті аймақта орналасқан Қызылорда облысында байқалады. Су ресурстарын қорғау және тиімді пайдаланудың нақты әдісі болып суды тазалау технологиясын енгізу, сарқынды суларды тазарту және қайтадан қолдану болып табылады. Бүгінгі күнде ағынды суларды тазартудың кеңінен орын алған әдісі – бұл сарқынды суларды механикалық және биологиялық тазарту. Өткен ғасырдың ортасында, ғылымның, техника және технологияның даму кезеңінде сарқынды суларды индустриалды әдістеріне, оның ішінде қымбат және шығынды болып табылатын жасанды биологиялық әдістерге көп көңіл бөлінді.

Нарықтық экономика жағдайында, Қазақстан Республикасының табиғи-климаттық жағдайын ескеріп, ағынды сулардың арзан, қарапайым және тиімді табиғи биологиялық тазарту әдісіне назар аудару қажет, оның тиімді технологияларының бірі болып сарқынды суларды биотоғанда тазарту болып табылады.

Сарқынды суларды биотоғандарда биологиялық тазарту ең қарапайым, тиімді және арзан әдіс, оны бірінші кезекте кішігірім тұрғын аймақтарында, қала типті кеншарларда, т.б. жерлерде қолдануға болады. Бірақ Қазақстан Республикасының тез құбылмалы климатын, табиғи және аймақтық ерекшеліктерін ескеретін конструкциялар мен технологияларды (жасау) дайындау сұрақтары шешімін күтуде. Сондықтан Еуропалық одақтың ИНТАС бағдарламасы бойынша  және «Қазақстан Республикасы өндірісінің ғылыми-техникалық қамтамасыз ету» мемлекеттік бағдарламасы бойынша 2002-2006 ж.ж. «Қазақстан Республикасының тез құбылмалы климат жағдайында  сарқынды  суларды биотоғандарда биологиялық тазартудың технологиясы мен техникасын жасау» барысында ғылыми-зерттеу жұмысы жүргізілді, академик М.Мырзахметовтың жетекшілігімен жүргізілді.

Жер асты суларының ластануының алдын алу үшін биотоғандарға сүзгіленуге қарсы жабындар орнату қажет, диссертациялық жұмыс осыған арналған.

Диссертациялық жұмыстың мақсаты.

Жергілікті материалдардан сарқынды суларды тазартуға арналған биотоғандардың сүзгіленуге қарсы жабындарын зерттеу және дайындау.

Жұмыстың идеясы:

Жергілікті материалдарды зерттеп, олардан сарқынды суларды тазартуға арналған биотоғандарға сүзілуге қарсы жабындар ретінде пайдалануын дәлелдеу.

Зерттеу міндеттері:

- Қазақстан Республикасының тез құбылмалы жағдайларын ескеріп биотоғандарда сарқынды суларды биологиялық тазарту технологиясын дәлелдеу;

-  саздан жасалған сүзілуге қарсы жабынымен биотоған конструкциясын жасау;

-  асфальтбетонды сүзілуге қарсы жабынның сүзгіш қасиеттерін зерттеу;

-  асфальтбетонды сүзілуге қарсы жабынның физика-механикалық сипаттамаларын анықтау;

-  сүзілуге қарсы жабындарды техника-экономикалық салыстыру.

       Қорғауға шығарылатын негізгі ғылыми жағдайлар:

Биотоғандағы сарқыма судың сіңіп кетпеуіне қарсы саздан жасалған жабынның физико-механикалық және сулы-физикалық қасиеттері мен сүзгіштік коэффициентін анықтау, биотоғандардың сусымалы топырақ құламаларының тұрақтылығын қарастыру.

Асфальтбетонның физико-механикалық қасиеттерін зерттеу әдістемесі, үлгілерін жасау, үлгілерін сынау, қанығуын анықтау жұмыстары, асфальтбетонның физика-механикалық қасиеттерін, сүзгіш науада асфальтбетонды жабынды сынау, асфальтбетонның  аязға төзімділігін анықтау және реологиялық қасиеттерін анықтау.

Құмкөл қыстағындағы сарқынды суларды тазарту және суды әкетуінің жағдайлары мен биотоған жұмысының тиімділігі.

Ғылыми жаңалықтар жұмысының нәтижелері:

-  Қазақстан Республикасының тез құбылмалы климат жағдайында сарқынды суларды тазартуға арналған анаэробты-аэробты биотоғандар технологиясы ұсынылды:

-  сүзілуге қарсы сазды жабындардың есептеу әдістері мен орнатылуы ұсынылды;

-  асфальтбетонды сүзілуге қарсы жабындардың технологиялық сипаттамалары анықталды;

-  сүзілуге қарсы жабындардың техника-экономикалық көрсеткіштері белгіленді.

    Зерттеудің әдістері:

Биотоғандарда сарқынды суларды биологиялық тазартудың технологиялық, техникалық және экономикалық талдауы. Сазды еңістер мықтылығының теориялық зерттеулері. Зертханалық және тәжірибелік жағдайларда асфальтбетонды жабындарды физика-химиялық және сусүзгішті қасиеттерін зерттеулері.

Ғылыми жағдайлардың дәлелділігі мен шынайылығы, шешімдері мен ұсыныстары Қызылорда облысындағы Құмкөл кеншарының биотоғанындағы сарқынды суларды тазарту биологиялық әдіспен өндірістік-экспериментальды және тәжірибелі-экспериментальды зерттеулер мен теориялық жағдайларға сәйкес келді және  анықталынды.   

Тәжірбиелік маңыздылығы және негізгі қағидасы.

Жергілікті материалдардан сүзілуге қарсы жабыны бар, сарқынды суларды тазартуға арналған биотоғандар технологиясы мен конструкциясы дайындалды; жобалау жұмыстарында қолдануға болатын есеп әдістері ұсынылған.

        Өндірістік енгізу дәрежесі:

Қызылорда облысының Құмкөл «Петро Қазақстан Ресорсиз» АҚ-ы мекемесіндегі жасалынған биотоғандар тәжірибелік сынақтан өтіп, жоғары өндірістік тиімді нәтижелер көрсетті. Сарқынды суды тазалау үшін биотоған жасалынып автордың ұсынысы бойынша мекеме басшысының бекітуімен жұмыс нәтижесін өндіріске енгізу, ЖШС ҒЗО «Эко-жобалау» Құмкөлдегі биотоғандарды кеңейту жобасын технологияларда пайдаланғаны және Қорқыт Ата атындағы Қызылорда Мемлекеттік университетінде жасалынған қондырғыны  оқу процесіне енгізу актылары берілді.

Зерттеу пәні.

Сумен жабдықтау, канализация, құрылыс жүйесіндегі су ресурстарын қорғау.

Автордың жеке үлесі:

Қазақстан Республикасының тез құбылмалы климаті жағдайында ағынды суларды тазарту үшін биотоғандарды қолданудың технологиялық, техникалық және экономикалық талдауы жасалынды. Сүзілуге қарсы сазды жабындар ұсынылды, сүзілуге қарсы асфальтбетонды жабындардың тәжірибелік зерттеулері жүргізілді, тәжірибе-экспериментальды жағдайда асфальтбетонды жабындардың физика-химиялық және су-сүзілу қасиеттері зерттелді. Экспериментальды мәліметтерге статистикалық өңдеу және талдау жасалды.

Жұмыс апробациясы  және жарияланымы.

Негізгі жұмыстың нәтижелері Кокшетау қаласында 2003 жылы 17-19 сәуірде өткен «Шоқан тағлымы-8. Халықаралық ғылыми- тәжірибелік конференциясында»; Алматы қаласында 2005жылы 31-қазанда, Қазақ бас сәулет құрылыс академиясының 25-жылдық халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясында; Алматы қаласында 2006 ж.  24-25-қарашада Қазақ бас сәулет құрылыс академиясының «Құрылыс конструкцияларын теориялық және эксперименттік зерттеу» халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясында; Шымкент қаласында 2006 ж. 23-24 қазанда өткен М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университетінде «Индустриалды-инновациялық даму-Қазақстанның тұрақты экономикасы-ның негізі» халықаралық ғылыми- тәжірибелік конференциясында; Украина, Днепропетровск  2007 ж., 15-28 ақпанда «Наука и образование» II Халықаралық ғылыми-практикалық конференцияда; Украина, Днепропетровск 2007ж. 1-15 сәуірде «Наука и образование» III Халықаралық ғылыми-практикалық конференцияда баяндалды. Ғылыми журналдар «Вестник КазГАСА», Алматы 2007ж., №1 (23) – 66-69 бет, «Вестник КазГАСА», Алматы 2007ж., №2 (24) – 62-68 бет және  ғылыми журнал «Ізденіс» №3, Алматы 2007ж 288-293 бет пен 240-242 беттерде басылымдарда жарияланды.

Диссертация жұмысының нәтижелері бойынша 11 мақала 2,0 баспа бет болып жарияланып оның жетеуі халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференцияларында талқыланды, төртеуі тексеру комитетінің бекіткен басылымдарында жариаланды.

Диссертация құрылымы мен көлемі.

Диссертация 30 кестелер мен 34 суреттерді қосқанда 117 текстілі компьютерлік жазылған беттен құралған. Ол кіріспеден, бес тараудан, жұмыс бойынша соңғы қорытындыдан, 105 атаулардан тұратын пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.

 

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

 

Бірінші бөлімде сарқынды суларды тазартудың ең қарапайым және арзан тәсіліне анықтамалар беріліп, биотоғандағы сарқынды суларды биологиялық тазарту әдісіне талдаулар жүргізіле отырып қарастырылды.

       Сарқынды суларды биологиялық тазарту үшін құрылыс қарапайым, тиімді    және экономды биотоған болып табылады. Қазақстандағы (қыста – -30^оС , жазда – +40^оС) климаттың  тез құбылмалы жағдайын ескере отырып анаэробты-аэробты биотоғандар ұсынылады. Жер асты суларының  ластануын болдырмау үшін биотоғанда сіңіп     кетпеуге қарсы жабын болуы тиіс.

Қарастырылған әдебиеттердегі материалдарды талдау жасау барысында, биотоғандағы суды сіңіруге қарсы жасалатын сазды және топырақты жабындар, полимер материалдардан жасалған жабындар, бетонды және темір бетонды жабындар, асфальтобетонды және битумды жабындар қарастырылған.

Биотоғандағы судың сіңуге қарсы көптеген техниқалық мүмкіншілік тәсілдері, практиқалық қолдану кезінде ұсыныстарға және негізгі талапқа сай қанағаттандырарлық болуы тиіс.

       Сүзгілеуге қарсы жабындарды жергілікті материалдардан жасаған экономикалық жағынан тиімді болып табылады. Әрбір нақты жағдайда, сүзгілеуге қарсы жабындардың конструкциялары мен материалдарын технологиялық, техникалық, экономикалық тағайындалуын есепке ала отырып және табиғи климаттық жағдайларымен негізделуі керек. Қызылорда облысы, Құмкөл мұнай кенішінің вахталық поселкесіндегі сарқынды суды тазарту үшін  биотоғанға сүзгілеуге қарсы жабындарына зерттеу жасау нақты тапсырма болып отыр. Сондықтан жергілікті саздан және мұнай өнімдерінен шығатын асфальтобетоннан жасалған жабындар қаралды.

       Екінші бөлімде биотоғандағы сарқынды судың сіңіп кетпеуіне қарсы саздан жасалған жабынның физико-механикалық және сулы-физикалық қасиеттері мен сүзгіштік коэффициенті анықталып, биотоғандардың сусымалы топырақ құламаларының тұрақтылығы қарастырылды.

Саздар кенішке жақын болғанда, саздан жасалынатын сүзгілеуге қарсы жабындар неғұрлым қарапайым және үнемді болып табылады. Саздың физика-механикалық және сулы-сүзгіштік қасиеттері жан-жақты қарастырылған және К_ф=0.001 м/тәу; γ=2750 кг/м³; е=30-56 %; W=12-60 % құрайды.

Саздан жасалған сүзгілеуге қарсы жабыны үшін неғұрлым ерекше болып конструктивтік шешім, құлама еңістің мықтылығы және қисық депрессиялықты анықтау, сондай ақ жергілікті жағдайы мен биотоған өлшеміне байланысты.

Сусымалы топырақ құламаларының тұрақтылығы тұрақтылық коэффициентімен бағаланады:        

 

                                        (1)

мұнда: φ_i – құмның ішкі үйкелісінің есептеу бұрышы (ірілігі орташа және ірі құмдар үшін орташаланған).

Барлық биотоғандар құламалары үшін h:L=1:2,5 болғанда,

α – құлама бұрышы, саздікі  (21⁰75^')

К_у – қор коэффициенті (тұрақтылықтың шектеу коэффициенті):

 

                                         (2)

мұнда: γ_n – 1,15 ІІ класты үймереттердің сенімділік коэффициенті; γ_с=1,0 – сусымалы топырақ жұмысының жағдайының коэффициенті.

 

                                                            (3)

Яғни, m=2,5 болғанда биотоғандарды сумен толтырған жағдайда олардың құламаларының сенімділігі қамтамасыз етіледі. Барлық биотоғандардың сыртқы құламалары және жинақтауыш биотоғандар құламалары жинау тоғандардың апатты (немесе басқа да төтенше) төгілу кезінде сүзгілеу күштерінің әсеріне ұшырайды.

Барлық биотоғандардың сыртқы құламалары және тоғандардың апатты (немесе басқа да төтенше) төгілу кезінде сүзгілену күштерінің әсеріне ұшырайды (Сурет – 1).

Сурет –1. Биотоғандардың сыртқы құламалары және тоғандардың апатты төгілу кезінде сүзгілену күштері

 

Гидродинамикалық қысымдар бағыты құламадағы топырақ көлемін қозғалтатын күш құламаның бағытымен сәйкес келеді.

                                                                                                            (4)

Судың бетке шығу бұрышы жоғары және α құлама бұрышына жақын болғандықтан, J гидравликалық градиенті  тең етіп алуға болады.

Тұрақтандырғыш күштер:       

бұл кезде , мұнда  - топырақтың үлесті салмағы.

е – топырақтың кеуектілік коэффициенті.

Сонда салмақ тұрақтылығын қамтамасыз шарты:   Т+Д=Т^х болады.

Бірақ құламаның тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін мына шарт орындалуы қажет:                           

                                            (5)

                                                    

Құмның кеуектілігі (орташа)

                                                                                    (6)

        Берілген құламалардың нығыздау кезінде тұрақтылығын тексереміз, немесе , яғни табиғи (шынайы) құлама бұрышы α=18⁰25^' (tgα=0,333) болуы керек, сонда құламаның тұрақтылық коэффициенті:

                                           (7)

яғни,  құламалар тұрақтылығы биотоғандар босап қалған кезде де қамтамасыз етіледі. Есептеу негізінде қисық депрессия құрылып, сүзгілеу ағыны қоршау бөгеттері арқылы биотоғанның бетіне шықпайтыны анықталды.

         Үшінші бөлімде жергілікті құм мен мұнай өндірудегі қалдықтары базасында асфальтбетон алыну мүмкіншілігі қарастырылды, физика-механикалық құрамы оның құрылымына байланысты, яғни минералды құрамымен битумына.

 Асфальтбетонның физика-механикалық қасиеттерін зерттеу әдістемесі қарастырыла отырып үлгілерін жасау, үлгілерін сынау, қанығуын анықтау жұмыстары, асфальтбетонның физика-механикалық қасиеттерін зерттеу нәтижелері және сүзгіш науада асфальтбетонды жабынды сынау әдістемесі мен сынау нәтижелері анықталып, асфальтбетонның  аязға төзімділігін анықтау әдістемесі мен нәтижелері және реологиялық қасиеттерін анықтау әдістемесі мен  нәтижелері орындалды.

      Асфальтбетонның жасалыну қатынасы: битум жыныстары - 33%,  ұсақ майда тас (высевка) – 30%, қиыршық тас - 32%,  полипропилен- 5%, құрайды, ал құмды асфальтбетонда құмның мөлшері - 51%.

      Биотоғандардың сүзілуге қарсы жабыны ретінде асфальтобетон пайдаланылып, зерттеу жұмыстары  нәтижесінде: асфальтобетоннан жасалынған сүзгілеуге қарсы жабын қалыңдығы – 0,07-0,10м аралығында қабылданады. Қыйыршық тастан дайындалған қабат қалыңдығы – 0,05 м  болып дайындалып, су арыны мен тереңдігі жоғары болған сайын  асфальтобетонды  жабын қалыңдығы ұлғая береді.

Мұнайбитумды жыныстар негізінде гидротехниклық асфальтбетонды дайындауға арналған материалдар: 5-15 мм фракциялы қиыршық тас; 0-5 мм фракциялы қиыршық тасты майдалағаннан кейін жайып тегістеу; химиялық полипропилен қалдықтары; Қызылорда облысындағы Құмкөл кен орнының мұнайбитумды жыныстары.

Бұндағы ұсақ майда тас (высевка) немесе тау жыныстарынан асынған  қыйыршық тас қалдығының фракциясы нөлге тең деп аламыз.

      Асфальтбетонды төсеу және ңығыздау жұмыстарын қажетті механикалық - құрылымды қасиеттер жиынтығын тығыздықты, мықтылықты және суға төзімділігін қамтамасыз ететін 70-130⁰С температурада жүргізу қажет.    

      Асфальтбетонның ұзақ уақыт бойы суда болған себебінен материалдың физика-механикалық қасиеттері тұрақталады, судың сүзілу кезіндегі шығындары азайып, орташа 1%-дан кем болады, суға төзімділік коэффициенті 0,89 құрайды. Еріту мен мұздатудың 25 циклынан өткен кесте 9 үлгілерінің сығылу кезіндегі мықтылығы 15%-дан аспайды. Аязға төзімділік коэффициенті 0,86....0,94 құрады, ал сынаудың 30 циклынан соң – 0,65-0,71 болды. Бұл асфальтбетонның аязға төзімділігі жеткілікті екенін дәлелдейді.

       Қызылорда облысының ыстық климаттық жағдайында асфальтбетоннан дайындалған материал жеткілікті қозғалуға төзімді болады. Асфальтбетонның аномальдылық өлшемі 20⁰С температурада =3,06 болады. Мықтылық коэффициенті - К_рас=118,2 кг.мин. Құрылымды тұтқырлық және деформация 1,91 х 10²¹nз  және  7,2 х 10^-51/сек болады. Серпімділік модулі – 242,1 кг/см² (24,21 МПа) және созылуға шекті мықтылық 1,36 кг/см² (0,14 МПа) құрады. Бұл мәліметтер реологиялық сипаттамалары бойынша асфальтбетон жабын есебі кезінде қор коэффициентін қамтамасыз ететінін мәлімдейді

        

Зертханада дайындалған асфальтбетонның физика-механикалық қасиеттері

 Кесте-1                             

         

Жоғарыда аталған асфальтбетонды сүзілуге қарсы жабынның құрамының зерттелуі сүзгілеу лотогында жүргізілді. Сүзгілеу науаның ұзындығы 6 м, сыртқы науаның ені – 1,2 м, ішкі науаның ені – 1,0 л. Сүзгілеу ыдысында ұсақ қиыршықты асфальтбетонның гидротехникалық қасиеттері және одан сүзгілеуге қарсы жабындарды орнату мүмкіншілігі зерттелді (сурет -2).

Сурет 2.  Сүзгілеу  науасы.  1- арынды бак; 2- азайтқыш; 3- ішкі науа; 4- сыртқы науа;  5- насос;  6- резервуар; 7- суды ағызатын бак.

Суда ұзақ уақыт тұрғанда материалдың физика-механикалық қасиеттері нормативті талаптарға сәйкес тұрақталады (кесте-2).

 

Науадағы асфальтбетонның физика-механикалық қасиеттері

Кесте-2

         

          Үлгілердің салмақ шығындарын үш үлгінің өлшеу нәтижелерінің орташа арифметикалық түрінде есптелді.

Төртінші бөлімде Құмкөл қыстағындағы  сарқынды суларды тазартуға арналған биотоғандар сипатталған.

        Құмкөл вахталық поселкесінің сарқынды су сипаттамасының санды-сапасымен зерттеуде сарқынды су шығыны -720 м³/ тәу, сарқынды судың негізгі ластануы болып өлшелмелі заттар 60-120 мг/л, ОБХК₅=63-252 О₂ мг/л, құрғақ қалдық- 1160-1240 мг/л. Тастандының облэкология рұхсат етілген шекті талабы: өлшелмелі заттар 25 мг/л, ОБХК₅<20мг/л. Судың құрамы 3-кестеде берілген.

 

Тазартылған және негізгі судың физико-химиялық құрамы

                                                                                                                 Кесте-3

 

       Құмкөл поселкесіндегі сарқынды суды тазалау үшін үш сатылы биологиялық тазарту биотоғандары  ұсынылды:

1-ші, анаэробты тоғанда, тереңдігі – 6 м;

2-ші, қосымша тоғанда, тереңдігі -2.5 м;

3-ші, жинақ тоғанында, тереңдігі  -3.5 м.

        Қысқы мерзімде биологиялық тазарту анаэробты тоғанда іске асырылады, ал қосымша тоғанда шөгу ретінде жұмыс жасайды. Жазғы мерзімде биологиялық тазарту 1 мен 2-ші биотоғанда іске асырылады, ал 3-ші сатыдағы биотоған седиментациялы  шөгу ретінде жұмыс жасайды.

Биотоғандардың сүзілуге қарсы жабыны ретінде жергілікті саз пайдаланылды. Құмкөл биотоғандары үшін  орындалған есепте:  саздан жасалынған сүзгілеуге қарсы экран қалыңдығы – 0.40 м, ұстап тұратын қабат қалыңдығы – 0.2 м. (Сурет -3)

 

 

Сурет – 3. Биотоған конструкциясы

 

 Кұмкөл жағдайы үшін орындалған есептерге сәйкес саздан жасалынған сүзгілеуге қарсы жабынның құлама еңістің орнықтылығы (h/L=1/3) болғанда, құламаның ылди бұрышы α=18⁰25^' болған кезде  тұрақтылығы қамтамасыз етіледі.

Конструктивтік шешімдер: Ішкі еңістердің жоғарғы бөлігін қорғау үшін жобада бір қатар (d=100-150 мм) тас төсеу қарастырылған. Ішкі құламалардың төменгі бөлігінде негізгі және өткізуші құбырлар қаланған жерлерде экранның шайылуын болдырмау үшін қалыңдығы 150 мм, ені 2,0 м темірбетонды жаппалардан «гасительдер» орнату қарастырылады. Қоршау бөгеттерінің сыртқы «құрғақ» еңісіне шөп егіп нығайтады.

Қоршалынатын және бөлінетін бөгеттер жергілікті топырақтан жасалынады.

        Бесінші бөлімде жабындардың техника-экономикалық   көрсеткіштері анықталады.

      Судың жер астына сіңіп кетпеуіне қарсы саздан немесе асфальтобетонды жабындардан жасау ұсынылып, варианттарға техника-экономикалық   салыстыру жасалды.

       Құмкөлдегі жергілікті саздан жасалған биотоғандар құрылысының құрылыс монтаждау жұмысының жалпы құны 75662 мың тенге құрады, сарқынды судың шығыны - 720 м³/тәулік.

       Саздан жасалған биотоғанның 1 м³ көлемінің құны 8551.03 тенг/ м³. Биологиялық тазарту құрылысының капиталды шығыны 1м³ /тәу бірлігіндегі сарқынды сулар 1050.86 мың тенге құрайды.

      Дайындалған 1тонна асфальтбетонның өзіндік құны – 14180 тенге, 1тонна асфальтбетонның сату бағасы - 24187, 62 тенге. Асфальтбетонды жабын темірбетонға қарағанда ұтымды, жергілікті құмнан жасалған асфальтбетон жабыны темірбетоннан арзан, пропорциялық бірлікте   1 тоннасы  4325.32 тенге арзан түседі.

      Сүзгіленуге қарсы жабынды қолданғанда  техника-экономикалық негізінде шығынның барлығын есепке алынуын талап етеді: материалдар құны, технологиялық алынулар, транспорттық шығындар, амортизациялық төлемдер т.б.

 

НЕГІЗГІ  БАЙЛАМ

 

Тәжірибелік қондырғы мен зертханада жүргізілген жұмыс нәтижесін қортындылай келе келесі байламдарды жасауға болады.

1.       Сарқынды суларды биологиялық тазарту үшін биотоған ғимараты қарапайым, тиімді    және  пайдалы болып табылады.

2.  Қазақстандағы (қыста - -30^оС , жазда - +40^оС) климаттың  тез құбылмалы     жағдайын ескере отырып анаэробты-аэробты биотоғандар ұсынылады:            анаэробты – терең сулы (h=5м), аэробты (қосымша) – 2,5м-ден аспайтын тереңдікте.

3. Жер асты суларының  ластануын болдырмау үшін биотоғанда сіңіп     кетпеуге қарсы жабын болуы тиіс.

4. Сүзгілеуге қарсы жабындарды жергілікті материалдардан жасау экономикалық жағынан тиімді болып табылады.

5. Әрбір нақты жағдайда, сүзгілеуге қарсы жабындардың конструкциялары    мен материалдарын технологиялық, техникалық, экономикалық    тағайындалуын есепке ала отырып және табиғи климаттық жағдайларымен    негізделуі керек.

 6. Саздар кенішке жақын болғанда, саздан жасалынатын сүзгілеуге қарсы жабындар неғұрлым қарапайым және пайдалы болып табылады.

7. Саздан жасалған сүзгілеуге қарсы жабын үшін неғұрлым ерекше конструктивтік шешім,  құлама еңістің мықтылығы және қисық депрессиялықты анықтау болып табылады, сондай ақ жергілікті жағдайы мен биотоған өлшеміне байланысты.

8. Құмкөл биотоғандары үшін  орындалған есепте:  саздан жасалынған сүзгілеуге қарсы экран қалыңдығы – 0.40 м, ұстап тұратын қабат қалыңдығы – 0.2 м (қиыршық тастан).

9. Кұмкөл жағдайы үшін орындалған есептерге сәйкес саздан жасалынған сүзгілеуге қарсы жабынның құлама еңістің орнықтылығы (h/L=1/3) болғанда, құламаның ылди бұрышы α=18⁰25^' болған кезде тұрақтылығы қамтамасыз етіледі.

10. Жергілікті құм мен мұнай өндірудегі қалдықтары арқылы асфальтбетон алыну мүмкіншілігі, физика-механикалық құрамы оның құрылымына байланысты, яғни минералды құрамы мен битумға сипаттамалары зерттеледі.

11. Асфальтбетонның жасалыну қатынасы: битум жыныстар - 33%, ұсақ тас (высевка) – 30%, қиыршық тас - 32%,  полипропилен- 5%, құрайды, ал құмды асфальтбетонда құмның мөлшері - 51%.

12. Асфальтбетонның ұзақ уақыт бойы суда болған себебінен материалдың физика-механикалық қасиеттері тұрақталады, судың сүзілу кезіндегі шығындары азайып, орташа 1%-дан кем болады, суға төзімділік коэффициенті 0,89 құрайды.

13. Құмкөл поселкесіндегі сарқынды суды тазалау үшін үш сатылы биологиялық тазартулар ұсынылды:

1-ші, анаэробты тоғанда, тереңдігі – 6 м;

2-ші, қосымша тоғанда, тереңдігі -2.5 м;

        3-ші, жинақ тоғанында, тереңдігі  -3.5 м.

14.  Сарқынды суды тазалаудың тиімді пайызы: өлшелмелі заттар Э_өз=90-92 %,  С_қалд=20- 25 мг/л, ОБХК₅ бойынша Э_обхқ =91-95% и<20мг/л, В_қалд=12-15 О₂ мг/л, мұнай заттары бойынша Э_зат=30-40 %,  С<5 мг/л/

15.  Қысқы мерзімде биологиялық тазарту анаэробты тоғанда іске асырылады, ал қосымша тоғанда шөгу ретінде жұмыс жасайды.

Жазғы мерзімде биологиялық тазарту 1 мен 2-ші сатыда іске асырылады, ал 3-ші сатыда седиментациялы  шөгу ретінде жұмыс жасайды.

16.   Жергілікті саздан жасалған Құмкөл биотоғандарының құрылыс монтаждау жұмысының жалпы құны 75662 мың тенге, сарқынды судың шығыны - 720 м³/тәулік,  саздан жасалған биотоғанның 1 м³ көлемінің құны 8551.03 тенг/ м³.

17. Биологиялық тазарту құрылысының капиталды шығыны 1м³ /тәу бірлігіндегі сарқынды сулар 1050,86 мың тенге құрайды.

18.  Дайындалған 1тонна асфальтбетонның өзіндік құны – 14180 тенге, 1тонна асфальтбетонның сату бағасы - 24187, 62 тенге.

19.  Сүзгіленуге қарсы жабынды қолданғанда  техника-экономикалық негізінде шығынның барлығын есепке алынуын талап етеді: материалдар құны, технологиялық алынулар, транспорттық шығындар, амортизациялық төлемдер т.б.

       Барлық жоғарыда айтылған диссертациялық жұмысқа қысқаша сипаттама:

        Қойылған мақсаттың толық орындалу шешімінің бағасы. Зерттеу мақсаттары толық шешіліп, қорытындылар қолдануға дейін енгізіліп, жұмыстың алға қойылған мақсаты жетістікке жетті.

         Қолданылатын нақты нәтижелер бойынша  берілген мәліметтерге ұсыныс жасау. Су ресурстарын қорғау және тиімді пайдалануды жақсартуда басқа да өндіріс саласы мекемелеріне пайдалану үшін жұмыс нәтижелері ұсынылады, соныман қатар мамандықтарына сәйкес жоғарғы оқу орындарының оқу процесіне енгізілуі мүмкін.

Енгізілген жұмыстың техника-экономикалық тиімділігінің  бағасы. Құмкөлдегі жергілікті саздан жасалған биотоғандардан тазаланып өткен сарқынды сулар қазіргі жағдайда Құмкөлді мекеніндегі көгалдандыру мен суаруға пайдаланылып отыр. Сондықтан орындалған жұмыстың экологиялық және әлеуметтік жағдайды жақсартуға қосқан үлесі мол.

Берілген аймақтағы жақсы жетістіктерді салыстыра отырып жасалынған ғылыми жұмыс деңгейінің бағасы. Ашылған ғылыми жаңалықтар диссертациялық жұмыстың мәнділігіне ғылыми-тәжірибелік анықтама береді. Сонымен қатар Қызылорда облысының Құмкөл «Петро Қазақстан Ресорсиз» АҚ-ы мекемесіндегі биотоғандар жабыны саздан жасалынып, тәжірибелік сынақтан өтіп жоғары технологиялық және экологиялық тиімді екендігіне анықтама берілді.

 

ДИССЕРТАЦИЯНЫҢ ТАҚЫРЫБЫ БОЙЫНША ЖАРИЯЛАНҒАН ЕҢБЕКТЕР ТІЗІМІ

 

1.   Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., Абиева Г.С. «Противофильтрационные покрытия биопрудов из асфальтобетона» «Шоқан тағлымы-8».Халықаралық ғылыми- тәжірибелік конференция. Кокшетау,2003.-148-150 бет.

2.   Абиева Г.С, Шомантаев А.А., Мырзахметов М.М., Шонбаева Г. «Противофильтрационные покрытия биопрудов из глины», Қазақ мемлекеттік сәулет құрылыс академиясының 25-жылдық халықаралық конференциясы «Қазіргі құрылыс материалдары, технологиясы мен жобалау әдісі».- Алматы, 2005.- 179-182 бет.  

3.   Шомантаев А.А., Абиева Г.С., Жапахова Д.Ө. «Саздан жасалған биотоғанның сүзгіленуге қарсы жабыны» М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университетінде «Индустриалды-инновациялық даму- Қазақстанның тұрақты экономикасының негізі»  халықаралық ғылыми- тәжірибелік конференциясы.- Шымкент, 2006.- 501-503 бет.

4.   Мырзахметов М.М., Абиева Г.С., Джалдыбаева Н.В. «Технология и техника биологической очистка сточных вод в биопрудах» М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университетінде «Индустриалды-инновациялық даму-Қазақстанның тұрақты экономикасының негізі»  халықаралық ғылыми- практикалық конференциясы.-Шымкент, 2006.- 507-509 бет.

5.   Абиева Г.С., Шомантаев А.А., Мырзахметов М.М., «Асфальтобетоннан жасалған сүзгіленуге қарсы биотоған жабыны» Қазақ мемлекеттік сәулет құрылыс академиясының халықаралық ғылыми- практикалық конференциясы, -«Құрылыс конструкцияларын теориялық және эксперименттік зерттеу»- Алматы, 2006.-.165-166 бет.  

6.   Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., Абиева Г.С. «Лабораторные исследования физико-механических свойств асфальтобетона» II Халықаралық ғылыми-практикалық конференцияда қаралды. «Наука и образование» Украина, Днепропетровск, 2007.-28-31 бет.

7.   Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., Абиева Г.С. «Исследование физико-механических своиств асфальтобетона на фильтрационном лотке», журнал «Наука и образование» Украина, Днепропетровск,  2007,- 41- 45 бет.

8.   Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., Абиева Г.С. «Асфальтобетон жабынының аязға төзімділігі» Ізденіс журналы №3 , 2007.- 240-242 бет.

9.   Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., Абиева Г.С. «Асфальтобетонның реологиялық қасиетін анықтау» Ізденіс журналы №3, 2007.- 288-293 бет.

10. Абиева Г.С., Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., «Асфальтобетонның физика-механикалық қасиеттерін зертханалық зерттеу», Ғылыми журнал Вестник КазГАСА.- 2007, №1 (23).- 66-69 бет.

11. Абиева Г.С., Мырзахметов М.М., Шомантаев А.А., «Определение реологических свойств асфальтобетона», Вестник КазГАСА. - 2007, №2 (24).-62-68 бет.

Резюме

 

Абиева Гулдана Солтановна

 

Разработка противофильтрационных покрытии биопрудов для очистки сточных вод

 

05.23.04-Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов.

 

Вода играет решающую роль в жизни человека. От состояния водных ресурсов, систем водоснабжения и водоотведения зависит решение социольно-экономических и экологических проблем.

Актуальность работы. Казахстан относится к регионам с острым дефицитом водных ресурсов. Тем не менее, в последнее десятилетие наблюдается интенсивное загрязнение водных ресурсов республики, вследствие негативного влияния антропогенных факторов, наиболее опасные из которых – недостаточно очисщенные или неочищенные сточные воды. В данное время состояние очистки сточных вод многих населенных пунктов не соответсвует современным экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Охрана и рациональное использование водных ресурсов внедрение водосберегающих технологий, очистка и повторное использование сточных вод явялется актуальной и проблемной. На сегодня наиболее распространенный способ очистки сточных вод - это механическая и биологическая очистка сточных вод. В середине прошлого столетия, в период бурного развития науки, техники и технологии большое внимание было уделено индустриальным методам очистки сточных вод, в частности  искусственной биологической очистке сточных вод, которые являются энергозатратными и дорогими.

В условиях рыночной экономики, с учетом природно-климатических условий Республики Казахстан, необходимо обратить внимание на дешевый, простой и эффективный способ биологической очистки сточных вод в естественных условиях, одним из эффективных технологии которой является очистка сточных вод в биопрудах.

Биологическая очистка сточных вод в биопрудах самый простой, надежный, эффективный и дешевый способ очистки сточных вод, который применим в первую очередь для очистки сточных вод малых населенных мест, поселков городского типа и др. Однако требуют своего решения, вопросы разработки конструкции и технологии, учитывающие резкоконтинентальный климат, природные и региональные особенности Республики Казахстан.

Поэтому по программе ИНТАС Европейского союза в 1996-1999 г.г. и по государственной программе «Научно-техническое обеспечение промышленности Республики Казахстан» в 2002 – 2006 г.г. выполнялась научно-исследовательская работа «Разработка технологии и техники биологической очистки сточных вод в биопрудах в условиях резкоконтинентального климата Республики Казахстан», под руководством академика М.Мырзахметова.

Для предупреждения загрязнения подземных вод, биопруды следует устраивать с противофильтрационными покрытиями, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель работы. Исследование и разработка противофильтрационных покрытий биопрудов для очистки сточных вод, из местных материалов.

Задачами исследования является: обоснование необходимости применения биопрудов для очистки вод в условиях резконтинетального климата РК; исследование и разработка противофильтрационного покрытия из асфальтобетона; исследование и разработка противофильтрационного покрытия из глины; технико-экономическое сравнение вариантов; разработка конструкции биопрудов.

Научная новизна результатов работы: предложена технология анаэробно-аэробных биопрудов для очистки сточных вод в условиях резконтинентального климата РК;  предложены методы расчета и устройство противофильтрационных покрытий из глины; определены технологические характеристики противофильтрационных покрытий из асфальтобетона; установлены технико-экономические показатели противофильтра-ционных покрытий.

Методы исследований. Технологический, технический и экономический анализ биологической очистки сточных вод в  биопрудах. Теоретические исследования устойчивости откосов из глины. Физико-химические и воднофильтрационные исследования асфальтобетонных покрытий в лабораторных и экспериментальных условиях.

Обоснованность и достоверность научных положений,  выводов  и рекомендации  подтверждаются единством теоретических положений и опытно-экспериментальных исследований и производственно-экспериментальным опытом биологической очисткой сточных вод в биопрудах поселка Кумколь Кызылординской области.

Практическая ценность работы. Разработаны технология и конструк-ции биопрудов для очистки сточных вод, с противофильтрационным экраном из местных материалов, предложены методы расчета, которые можно использовать в проектных работах.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены в производство, по рекомендациям авторов построены биопруды для очистки сточных вод п.Кумколь,  Кызылординской области.

Личный вклад автора заключается в технологическом, техническом и экономичексом анализе использования биопрудов для очистки сточных вод в условиях резкоконтинентального климата Республики Казахстан. Предложены противофильт-рационные покрытия из глины, проведены опытно-экспериментальные исследования противофильтрационных покрытий из асфальтобетона, изучены в опытно-экспериментальных условиях физико-химические и водно-фильтрационные свойства асфальтобетонных покрытий. Осуществил статистическую обработку экспериментальных данных и обобщение результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUMMARY

 

Abieba Guldana Coltanobna

 

Development  of anti-filter surfaces of bioponds  to purify drain waters

 

05.2304-Water supply, sewerage, construction systems of water resources safety

 

Water  has  decisive role in human life. Resolution of social economic and ecologic problems  depend  on the state of water resources and water supply and disposal  systems.

          Kazakhstan is the region demonstrating acute deficit of water resources. Nevertheless, the last decade  intensive contamination of water resources is observed in the republic  due to negative influence of anthropogenic factors, the most dangerous  among them – insufficiently purified   or non-purified drain waters. Current state of drain water purification  of many residential points  does not comply with  up-to-date ecologic and sanitary hygiene  requirements.

          Protection  and rational use of water resources  is implementation  of water saving technologies, purification and repeated  use of drain waters.  At the present time  the most distributed way  of drain water purification  is mechanical and biological purification of drain waters.  Great attention has been paid to  industrial method of drain water purification , in particular, artificial biological purification  of drain waters , which are considered to be energy consuming  and expensive, in the middle of the last century  in the period of sustainable  scientific, technical and technological development.

          It is necessary  to pay attention  to cheap , ordinary and efficient method of biological water purification  in natural conditions in the terms of market economy  considering natural climatic conditions of the Republic of Kazakhstan,  one of effective technologies  is drain water purification  in bioponds.

          Biological purification of drain water  in bioponds  is the most ordinary, reliable, effective and cheap methods of water purification , applicable , firstly,  for drain water purification  in underpopulated places, settlements of city type and etc. However,   the problems of construction and technology  development , taking into account harsh continental climate ,m natural and regional specifics  of the Republic of Kazakhstan.

          Therefore,  scientific  research work “Development of technology and facilities of biological purification of drain waters in bioponds  in the conditions of harsh continental climate of the Republic of Kazakhstan under INTAS European Union program  in 1996 -1999, state program “Scientific technical facility of the industry of their Republic of Kazakhstan” in 2002 – 2006.

          To prevent contamination of underground waters  bioponds shall be arranged  with  anti-filter surfaces.

          Aim of the work. Research and development  of anti-filter surfaces of bioponds  to purify drain waters using local materials.

          Tasks  of the research are:

·        basing of necessity of bioponds application to purify waters in the conditions of harsh continental climate  of the RK;

·        research  and development  of anti-filter surface made of asphalt-concrete;

·        research and development of anti-filter surface made of clay;

·        technical economic comparison of variants;

·        development of bioponds construction.

Scientific novelty  of the work:

-         basing  f biological purification technology for drain waters  in bioponds  in the conditions of harsh continental climate of the Republic of Kazakhstan;

-         development  of bioponds construction  with anti-filter surface made of clay;

-         research  of filter characteristics  of anti-filter surface  made of asphalt-concrete;

-         definition of physical mechanical characteristics of anti-filter surface made of asphalt – concrete;

-         technical economic comparison  of anti-filter surfaces variants.

    Scientific novelty  of the work results:

-         technology of anaerobic – aerobic bioponds  has been suggested  to purify drain waters  in the conditions of harsh continental climate of the RK;

-         estimation methods and device of anti-filter surfaces  made of clay have been suggested;

-         technological characteristics of anti-filter surfaces made of asphalt-concrete  have been determined;

-         technical – economic indexes of anti-filter  surfaces have been set.

Research methods. Technological, technical and economic analysis of biological purification of drain waters in bioponds. Theoretical  research of stability of clay slopes. Physical chemical and water filter research  of asphalt-concrete surfaces  in laboratory and test conditions.

Basing and authenticity of scientific statements, conclusions and recommendations are confirmed  by the unity of theoretical statements  and test experiment  researches  and production and experiment  experience on biological purification  of drain water  in bioponds of Kumkol settlement, Kyzylorda oblast.

Practical significance of the work: biopond technology and   construction  to purify drain water  with anti-filter surface  made of local materials  have been developed,  estimation methods applied in project works have been provided.

Implementation of the results. The results  have been implemented in production , the bioponds to purify drain waters in Kumkol settlement, Kyzylorda oblast under the authors’ recommendations

Personal contribution  of the author  is technological, technical and economic analysis  of biopond application  to purify drain waters  in the conditions of harsh continental climate  of the RK. Anti-filter  surface made of clay has been suggested, test experiment  research  of anti-filter surfaces  made of asphalt-concrete  have been completed, physical chemical  and water filtering properties of asphalt concrete surfaces have been studied. Statistic processing of experimental data and generalization of the results  have been performed.