Сыпабек Касымхан СайлаубекУлы Моделирование процессов функционирования очистных сооружений и оценка их основных эколого-экономических показателей

25.00.36 - Геоэкология

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Шымкент, 2010
Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М.Ауезова
Научный руководитель: кандидат технических наук

Наурызбаев Е.М.

Бестереков У.,

кандидат технических наук

Мейрбеков А.Т.

им. М.Х.Дулати

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университете им. М.Ауезова по адресу 160012, г.Шымкент, пр. Тауке хана, 5, главный корпус, ауд. 215

Автореферат разослан «18» января 2010г.

доктор технических наук Анарбаев А.А.

Диссертационная работа посвящена повышению надежности и эффективности очистных сооружений на основе моделирования процессов функционирования и оценки их основных эколого-экономических показателей в условиях юга Казахстана. В основу исследований положены классические математические модели, которые в ходе настоящих исследований уточнены и дополнены новыми параметрами и показателями.

Контроль и оценка загрязнений водоемов является одной из актуальнейших проблем, поскольку неконтролируемый сброс сточных вод в водоемы, развитие сельского хозяйства, рост бытовых отходов и другие факторы привели к повсеместному истощению и загрязнению водных ресурсов. Только строго охраняемые водоисточники остаются наиболее надёжным резервом для удовлетворения потребности населения в питьевой воде.

Проблемными вопросами эксплуатации очистных сооружении и защиты водоемов активно занимались известные зарубежные и отечественные ученые. Среди них нужно особо отметить труды академика РАН РФ Яковлева С.В., д.т.н. Ласкова Ю.М., Алексеева М.И., Воронова Ю.В., Кармазинова Ф.В. Из отечественных ученых наибольший вклад в экологию водоемов внесли академик НАН РК Бишимбаев В.К., д.т.н. Турсунов А.А., Мустафаев Ж.С. и другие. Однако во многом из-за отсутствия экспериментальных научных данных об уровне загрязнений поверхностных и подземных вод в настоящее время нет единого мнения о степени их загрязнений сточными водами после городских очистных станций. На сегодняшний день в справочно-методической литературе по проектированию разделов «Охрана окружающей среды» и по разработке проектов очистных сооружений отсутствуют нормативно установленные (удельные) показатели загрязнений поверхностных стоков с территории южного региона Казахстана, что не позволяет рассчитывать реальный вынос загрязняющих веществ в водоемы.

Цель работы – моделирование процессов функционирования очистных сооружений и оценка их основных эколого-экономических показателей

Задачи исследования: - анализ современного экологического состояния водных ресурсов Южного Казахстана;

• 
  разработка математических моделей процессов очистки сточных вод с учетом местных условий;
  
• 
  разработка нового показателя - корректирующего коэффициента, учитывающего трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования в зависимости от фактической концентрации нитритов, аммиака, фосфатов, нитратов, взвешенных веществ, БПК, ХПК и сульфатов;
  
• 
  разработка АРМ «Расчет ПДС»;
  
• 
  разработка методики комплексного анализа водной среды;
  
• 
  теоретическое обоснование и разработка методики расчета токсичных масс сточных вод с учетом местных экологических условий;
  
• 
  выявление эколого-экономического ущерба окружающей среде от результатов функционирования городских очистных сооружений.
  

- предложен новый показатель – корректирующий коэффициент К, учитывающий трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрации в зависимости от фактической концентрации ингредиентов сточных вод;

- предложена методика учета степени ущерба от относительной массы загрязнителя;

- выявлена связь между токсичностью и концентрацией наиболее вредных ингредиентов сточных вод г.Шымкента с учетом их эффекта очистки.

- математические модели материального потока, режима движения сточных вод и обеззараживания стоков ультрафиолетовыми лучами и озоном в сооружениях биологической очистки;

- методика установления норматива качества сточных вод по каждому ингредиенту с применением нового показателя – корректирующего коэффициента К;

- результаты экспериментальных исследований по расчету предельно-допустимого сброса загрязняющих веществ в пруды накопители и программа «Расчет ПДС»;

- методология комплексного анализа загрязнений для расчета максимального ущерба окружающей среде;

- установленная связь между токсичностью и концентрацией наиболее вредных ингредиентов сточных вод г.Шымкента в зависимости от их эффекта очистки;

- методика расчета эколого-экономического ущерба окружающей среде от деятельности городских очистных сооружений.

Практическая реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в КГП «Тараз-су» г.Тараз, ТОО «Водные ресурсы-Маркетинг» г.Шымкент и в Шу-Таласском департаменте экологии МООС. В учебный процесс внедрена программа «Расчет ПДС» на кафедрах «Экология» и «Водные ресурсы и землепользование» ЮКГУ им. М.Ауезова.

Практическая ценность диссертации. Получены количественные и качественные параметры, учитывающие степень загрязнения водоемов стоками. Разработаны методы определения степени токсичности от концентрации загрязняющих компонентов сточных вод, которые приняты к внедрению службами «Водоканал» городов Шымкент, Тараз и Шу-Таласским департаментом экологии МООС.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Достоверность полученных результатов базируется на использовании классических математических моделей очистки стоков с их экспериментальными подтверждениями на действующих очистных сооружениях г.Шымкента и подтверждены актами внедрения в производство.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы» (Тараз, 1999г.), «Наука и образование на современном этапе» (Шымкент, 2005г.), «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2005г.), «Европейская наука XXI столетия: стратегия и перспективы развития - 2006» (Днепропетровск, 2006г.), «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана» (Шымкент, 2006г.), «Nauka i inowacja – 2009» (Praha, 2009).

Личный вклад автора заключается в создании «Рекомендаций по разработке проекта по изучению загрязнения подземных вод на полях фильтрации южного региона Казахстана», а также в разработке теоретических основ расчета токсичных масс и сброса сточных вод в водоем, в создании методики комплексного анализа водной среды с учетом показателей надежности систем биологической очистки, разработке математических моделей роста активного ила, течения сточных вод на полях фильтрации и земледельческих полях орошений, обеззараживания стоков ультрафиолетовыми лучами и озоном, разработке методологических основ проекта по изучению загрязнений подземных вод на полях фильтрации южного региона Казахстана, в определении значений нового показателя - корректирующего коэффициента, учитывающего трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования в зависимости от фактической концентрации ингредиентов сточных вод.

В южном регионе, кроме г.Шымкента, отсутствуют станции биологической очистки. Наблюдаются залповые неконтролируемые сбросы неочищенных стоков в водоемы (р.Бадам, Сырдария и др.) без разрешения на специальное природопользование. Подземные воды Жамбылской области, как и в целом вся водохозяйственная схема, находятся под усиленным антропогенным воздействием. В результате в низовьях рек Талас, Аса и Шу значительно ухудшилась экологическая обстановка. Резко снизился уровень грунтовых вод в колодцах, высохли многие озера, уменьшились сенокосные угодья. Загрязнения на полях фильтрации превышают ПДК в 20÷30 раз.

Приведены схематические карты промышленной зоны г.Тараз, техногенное влияние которой особенно велико, данные по техногенным стокам, схемы расположения наблюдательных скважин РГП «Тараз-су».

Проведен анализ современного состояния подземных вод Южного региона РК. Даны климатические, инженерно-геологические условия и схемы расположения очистных сооружений. Проведен анализ современных методов защиты и контроля состояния подземных вод. Поставлены задачи настоящих исследований и приведены пути их решения.

Процесс трансформации субстрата изображен в виде следующей схемы:

синтез

X – концентрация активной массы ила;

Х_С – суммарная концентрация сортированных веществ.

Эта схема описана системой дифференциальных уравнений:

Особенности процесса, связанные с активным илом, учтены следующим образом:

L бактерия простейшие

Полученная математическая модель микробиологического процесса показала, что кинетику роста микроорганизмов в системе биологической очистки можно описать как сложными, так и простыми моделями Моно.

Анализ уравнения материального баланса и режима течения жидкости в аэротенках показал, что условия перемешивания жидкости в реакторе не влияют на степень превращения реагента:

(2)





(3)



где и - концентрация ила и загрязнителя на входе аэротенка;

L_r - концентрация загрязнителя на входе сооружения

очистки.

Так как коэффициент рециркуляции r обычно не превышает 1 и практически важен режим работы очистного сооружения, когда L_е « L_r, то с достаточной точностью можно полагать:

В ходе моделирования процесса технологии очистки в аэротенке – смесителе выяснилось, что с точки зрения практики большое значение имеет стабильность работы аэротенка. На очистных сооружениях наблюдаются довольно часто значительные колебания как по расходу стока, так и по концентрации загрязнения.

При расчете технологической системы аэротенк - вторичный отстойник основной задачей является минимизация суммарной стоимости системы аэротенк - отстойник. При этом для расчета процесса биоокисления загрязнений приемлема зависимость Моно, а для анализа работы отстойника - метод Дика.

Вычисленные и приведенные теоретические основы дают возможность создавать математические модели, учитывающие материальные потоки и режим движения сточных вод в сооружениях биологической очистки.

Продольное изменение стока воды моделируется на основе численного решения системы дифференциальных уравнений Сен-Венана или их упрощенного варианта – уравнений кинематической волны.

При составлении математической модели обеззараживания сточной воды применено совместное использование фотолитического озона, получение которого возможно при ультрафиолетовом облучении кислорода УФ длиной волны 2·10^-7м. Показано что, для эффективной практической реализации данного способа обеззараживания воды необходимо создать условия для получения максимального количества фотолитического озона. При этом следует решить две задачи: обеспечить максимальную производительность установки для получения озона и создать условия при которых действие УФ излучения и озона на зараженную воду будет наиболее эффективным.

Процесс гибели микроорганизмов под воздействием УФ излучения определяется мощностью источника излучения и степенью зараженности. Полученные уравнения позволяют определить производительность установки для получения фотолитического озона, а эксперименты подтвердили теоретическую модель процесса обеззараживания воды УФ излучением и озоном.

В третьем разделе приведены результаты экспериментальных исследований по обеспечению защиты водной среды в условиях Южного Казахстана. Дана методика расчета норматива качества сточных вод.

Для расчета норматива качества сточных вод по каждому ингредиенту введен новый - корректирующий коэффициент К. Формула учета нормативной концентрации в водоеме имеет следующий вид:

сбросе на поля фильтрации, кг/м³;

С_н - нормативная концентрация того же вещества в воде водоема

культурно-бытового вида пользования, кг/м³;

К – корректирующий коэффициент, учитывающий трансформацию

очищаемого потока в процессе фильтрования сточных вод в

зависимости от фактической концентрации загрязнителей.

(6)
где N - нагрузка стоков на зеркало накопителя, м³ /м²год;

m - толщина слоя грунта под дном накопителя, на границе которого

качество фильтрационного потока соответствует нормативным

требованиям, м;

V- годовой объем сточных вод, сбрасываемый в приемник сточных

вод, м³/с;

S - площадь дна фильтрующей поверхности, через которую

фильтруется поток, м²;

n - безразмерный коэффициент, характеризующий пористость

грунта, подстилающего приемник сточных вод, n=0,7;

приемника сточных вод, м. Находится как = 365 · К_ф · i;

К_ф - коэффициент фильтрации грунта под днищем приемника

сточных вод, К_ф=8м/сут;

i - уклон фильтропотока, i=0,0027;

С_ф - фактическая концентрация данного вещества в сточной воде, кг/м³;

Э_оч - эффективность очистки стоков от данного вещества, в долях

процентов;

G - доля расходов стоков, фильтрующаяся через дно приемника

сточных вод, G=0,7.

Обработка экспериментальных данных и оценка параметров «a₀», «a₁», «а₂» произведена методом наименьших квадратов. Составленная система линейного уравнения при этом имеет вид:
j·a₀ + a₁· + a₂· = ∑K_i

a₀· + a₁·+ a₂· = ∑ K_iC_фi (7)

a₀· + a₁·+ a₂· =

Изменение корректирующего коэффициента, учитывающего трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования, в зависимости от фактической концентрации нитрита, аммиака, фосфата, нитрата, взвешенного вещества, БПК, ХПК и сульфата определены по формуле (8). Изменение корректирующего коэффициента К в зависимости от фактической концентрации фосфата и сульфата показаны на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 - Корректирующий коэффициент, учитывающий трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования для фосфата в сточной воде

Рисунок 2 - Корректирующий коэффициент, учитывающий трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования для сульфата в сточной воде
Для расчета норматива качества сточных вод по каждому ингредиенту составлена программа АРМ «Расчет ПДС», позволяющая сократить время расчета значении максимальной концентрации С_ПДС. Специально разработаны формы ввода (ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА) нормируемых показателей, а также ассимилирующей, испарительной, фильтрующей и др. способностей накопителя. В данной версии программы осуществляется расчет ПДС загрязняющих веществ с формированием электронных таблиц в Excel. Пользователю предоставляются средства корректировки, добавления и удаления данных (значения С_ПДС и поле данных). Разработанная программа АРМ «Расчет ПДС» универсальна для южного региона Казахстана.

Даны результаты экспериментальных исследований по расчету предельно-допустимых сбросов загрязняющих веществ со сточными водами в пруды-накопители нефтеперекачивающей станций (НПС) «Шымкент» и НПС «Шолак-Корган». На основании результатов теоретических и экспериментальных исследовании разработана методика выбора показателей загрязнении водной среды. Для этого рассмотрена схема функционирования очистных сооружении локомотивного депо г.Туркестан. В этом случае метод комплексного анализа загрязнения различных сред заключается в том, что определенной массе каждого загрязняющего вещества соответствует показатель d_p, называемый степенью ущерба и принимающий значения от нуля до единицы (см. рисунок 3). Максимальному выбросу каждого загрязнителя соответствует максимальный ущерб, т.е.

Так как в отсутствие загрязнителя никакого ущерба нет, то в этом случае d_p=0.

Чтобы учесть все факторы загрязнений, использована модифицированная функция М_р
М_р = 0,1 С, (10)
где С = х+t+е - сумма показателей.

Сумма значений W_P принимается равной 1000, то есть

W_pi – весовой множитель на i-м элементе.

d_p.s

0 m

Показатель ухудшения качества окружающей среды при отказе очистных сооружений представляет собой суммарный ущерб от всех отказов составляющих элементов системы:

d_ps – значение степени ущерба для выбранного варианта решения S.

Чем больше значение показателя , тем серьезнее последствия отказов системы для окружающей среды.

Введен новый показатель, позволяющий оценить состояние окружающей среды – показатель эффективности Э рассматриваемого варианта решения S:

для исходного состояния системы;

К_S – то же для состояния, соответствующего выбранному способу

контроля S.

При Э>0 состояние окружающей среды в норме.

При Э<0 ухудшение состояния среды.

На основании статистического анализа сточных вод получена корреляционная связь между токсичностью очищенных сточных вод и их химическим составом для очистных сооружений г.Шымкента, которая выявила следующую группу химических соединений с наибольшими коэффициентами корреляции: ; ; ; ; нефтепродукты , которые определены методом наименьших квадратов.

Высокое значение коэффициента корреляции указывает на связь между токсичностью и концентрацией данных химических соединений

У = 4,614+0,2528Х₁+14,68Х₂ (15)

Х₁ – концентрация свинца;

Х₂ – концентрация нитратов;

Х₃ – концентрация СПАВ;

Х₄ – концентрация аммония;

Х₅ – концентрация нефтепродуктов;

У - среднесмертельная кратность разбавления.

Математический анализ данной модели на примере очистного сооружения г.Шымкента показал, что расхождение между экспериментальными данными и расчетными значениями в среднем не превышает 15%. Модель позволяет разработать рекомендации по снижению токсичности с учетом снижения концентрации соответствующего соединения.

Для учета меры химической нагрузки введен показатель химического загрязнения (ПХЗ) как суммы превышений фактической концентрации пяти значимых загрязнений (составляющих показателей в уравнении 15) их ПДК. Статистический анализ показал линейную связь между токсичностью и химическим загрязнением
У = 3,25+0,03 ПХЗ (16)
Малое значение коэффициента при ПХЗ показывает малое влияние ПХЗ на токсичность.

Наибольший эффект достигается за счет биологической очистки сточных вод: по ХПК в 4,9 раза, по СПАВ в 6 раз, по БПК₅ в 4,5 раза, по взвешенным веществам в 8,1 раза, по нефтепродуктам в 7,5 раза и по прозрачности почти в 5 раз. Результат качественного анализа сточных вод показан на рисунке 4.

Таким образом, при проектировании аналогичных систем очистки необходим учет климатических и местных факторов самоочищения стоков.

Качественный анализ сточных вод показан на рисунке 4.

Рисунок 4 - Качественный анализ сточных вод.
В четвертом разделе выявлены: эколого-экономический ущерб окружающей среде от деятельности городских очистных сооружений, экономическая эффективность автоматизации и диспетчеризации канализационных насосных станций, экономическая эффективность от внедрения АРМ «Расчет ПДС».

При внедрении системы автоматического управления и дис­петчеризации на канализаци­онных насосных станциях уве­личиваются межремонтные ин­тервалы оборудования; снижа­ются эксплуатационные затра­ты и величина пусковых токов электродвигателей до уровня номинальных, что исключает вредное воздействие их на пи­тающую сеть; исключаются гидроудары в гидравлической сети и существенно снижают­ся динамические воздействия на технологическое оборудо­вание и сети; обеспечивается защита от серьезных аварий и, как следствие, исключаются за­траты на ремонт оборудования; значительно увеличивается ресурс работы оборудования. Окупаемость системы автоматизации и диспетче­ризации на четырех канализационных насосных станциях со­ставил около одного года.

2. Составлены уравнения материального потока и режима движения сточных вод в аэротенках с применением математических моделей Моно и Герберта, и математическая модель обеззараживания стоков ультрафиолетовыми лучами и озоном.

3. Приведен новый показатель - корректирующий коэффициент, учитывающий трансформацию очищаемого потока в процессе фильтрования в зависимости от фактической концентрации нитрита, аммиака, фосфата, нитрата, взвешенного вещества, БПК, ХПК и сульфата в водоемах.

4. По экспериментальным данным определены предельно-допустимые сбросы загрязняющих веществ для прудов накопителей и разработана программа «Расчет ПДС».

5. Для комплексного анализа водной среды рекомендованы универсальные показатели: степень ущерба от относительной массы загрязнителя; модифицированная функция M_p - учитывающая сумму показателей загрязнителей; весовой множитель W_p - соответствующий различным степеням аварий на системах, загрязняющих водоемы; показатель К₀ - учитывающий ухудшение качества окружающей среды; показатель эффективности Э - учитывающий степень надежности и экономической эффективности выбранной стратегии охраны окружающей среды.

6. Установлена связь между токсичной массой и концентрацией загрязняющих веществ сточных вод с учетом местных условий.

7. Выявлен эколого-экономический ущерб окружающей среде от деятельности городских очистных сооружений. Определен экономический эффект от внедрения автоматизации и диспетчеризации канализационных насосных станций.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель перед диссертацией достигнута и задачи исследований решены. Результаты выполненных работ доведены до внедрения.

Оценка технико-экономического уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Предлагаемая работа по научно-практической значимости соответствует современному научно-техническому и технико-экономическому уровню.
Список опубликованных работ по теме диссертации
1 Ходанков Н.А., Ишангалиев Т.С., Сыпабеков К.С., Кариев Д.А. Модернизация – одно из важных направлений повышения надежности и экономической эффективности ГЭУ //Материалы межд. научно-практ. конф. «Машиностроение в условиях рыночной экономики. Проблемы и перспективы». ТарГУ им. М.Х.Дулати. –Тараз, 1999. –С.129-130.

2 Сыпабек К.С., Наурызбаев Е.М., Сыпабекова Г.Ж. Физико-химические факторы процессов при фильтрации сточных вод через породу //Труды межд. научно-практ. конф. «Наука и образование на современном этапе». ЮКГИ им. М.Сапарбаева. –Шымкент, 2005. –С.153-155.

3 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С., Каланов С.М., Сыпабекова Г.Ж. Анализ рекомендации по определению расчетных расходов и коэффициента неравномерности водопотребления в системах водоснабжения южного региона //Труды межд. научно-практ. конф. «Наука и образование на современном этапе». ЮКГИ им. М.Сапарбаева. –Шымкент, 2005. –С.124-126.

4 Джакипбекова Н., Сыпабек К.С. Проблемы водопотребления в условиях дефицита воды //Наука и образование Южного Казахстана. -№4(44). 2005. –С.118-120.

5 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С., Сыпабекова Г.Ж. Предупреждение техногенных аварий и чрезвычайных ситуаций //Сборник статей VIII Международной научно-практической конференции. –Пенза, 2005. –С.183–186.

6 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С., Сыпабекова Г.Ж. Предложения по использованию физико-химических методов очистки городских сточных вод, а также биологических методов их очистки с помощью гидробионтов//VIII Межд. научно-практ. конф. «Экономика природопользования и природоохраны». ПГУ. –Пенза, 2005. –С.181-183.

7 Наурызбаев Е.М., Сейсенов С., Сыпабек К.С., Сыпабекова Г.Ж. Совершенствование технологии очистки поверхностных водоисточников //Материалы I-межд. научно-практ. конф. «Европейская наука XXI столетия: стратегия и перспективы развития - 2006», том 21. –Днепропетровск, 2006. –С.36-40.

8 Сыпабек К.С., Наурызбаев Е.М., Сейсенов С., Сыпабекова Г.Ж. Теоретические основы коагулирования поверхностных вод (на примере р.Арысь и Келес) //Материалы I-межд. научно-практ. конф. «Европейская наука XXI столетия: стратегия и перспективы развития - 2006», том 21. –Днепропетровск, 2006. –С.40-44.

9 Сыпабекова Г.Ж., Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С., Сейсенов С. Исследование новых коагулянтов //Материалы I-межд. научно-практ. конф. «Европейская наука XXI столетия: стратегия и перспективы развития - 2006», том 21. –Днепропетровск, 2006. –С.44-48.

10 Сыпабек К. Анализ методов расчета модели самоочищения водоемов //Поиск, -№1. 2006. –С.135-138.

11 Наурызбаев Е.М., Сейсенов С., Сыпабек К.С., Сыпабекова Г.Ж. Общие принципы фильтрования воды через зернистые загрузки (на примере речного песка р.Арысь) //Материалы I-межд. научно-практ. конф. «Европейская наука XXI столетия: стратегия и перспективы развития - 2006», том 21. –Днепропетровск, 2006. –С.34-36.

12 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С. К вопросу о выборе методики оценки показателей загрязнений водоемов //Международная научно-практическая конференция «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана». ЮКГУ им. М.Ауезова. –Шымкент, 2006. –С.499-501.

13 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С. Анализ надежности функционирования очистных сооружении //Международная научно-практическая конференция «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана». ЮКГУ им. М.Ауезова. –Шымкент, 2006. –С.497-499.

14 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С., Сыпабекова Г.Ж. Управленческие решения при аварийном загрязнении источника водоснабжения //Международная научно-практическая конференция «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана». ЮКГУ им. М.Ауезова. –Шымкент, 2006. –С.495-497.

15 Наурызбаев Е.М., Сыпабек К.С. Применение некоторых математических моделей Моно в системе биологической очистки //Поиск. -№1. 2006. –С.138-141.

16 Наурызбаев Е.М., Мынбай Д.К., Сыпабек К.С. Роль материала труб в системах водоотведения //«Nauka i inowacja – 2009». -Praha, 2009. –С.54-56.

«Тазалау құрылғыларының жұмыс істеу процесін модельдеу және олардың негізгі экологиялық–экономикалық көрсеткіштерін бағалау»
25.00.36 – Геоэкология
Сыпабек Қасымхан Сайлаубекұлы
Түйіндеме
Оңтүстік Қазақстанда негізгі экономикалық мәселе - суларды тұздармен, пестицидтермен, тазаланбаған коммуналды-тұрмыстық және өндірістік сарқынды сулармен ластануының жоғарылауы және де су қорларының толық таусылуы болып табылады.

Су қорларының ластануын қадағалау және бағалау өзекті мәселе болып табылады, себебі сарқынды сулардың тоғандарға бақылаусыз түсуі, ауыл шаруашылығының дамуы, тұрмыстық қалдықтардың өсуі және т.б. факторлар су қорларының ластануына әкеліп соғады. Тек қатаң қорғалатын су көздері ғана, тұрғындарды ауыз сумен қамтамасыз етуді қанағаттандыру үшін сенімді қор болып табылады.

Жұмыстың мақсаты – тазалау құрылғыларының жұмыс істеу процесін модельдеу және олардың негізгі экологиялық–экономикалық көрсеткіштерін бағалау.

Зерттеудің міндеті – Оңтүстік Қазақстандағы су қорларының экологиялық жағдайын талдау;

– жергілікті жағдайларды ескеріп сарқынды суларды тазалаудың математикалақ модельдерін жасау;

– нитрит, аммиак, фосфат, нитрат, түйіршік заттар, оттегіні биологиялық тұтыну, оттегіні химиялық тұтыну және сульфат концентрацияларына тәуелді сүзгілеу процесінде тазаланатын ағынның трансформациясын ескеретін түзету коэффициентін анықтау;

– «Суға түсетін шекті-мүмкін максималды концентрацияны есептеу» автоматтандырылған жұмыс орнын жасау;

– сулы ортаны кешенді талдау әдістемесін жасау;

– жергілікті экологиялық шарттарды ескеріп сарқынды судағы уландыратын масса және тоғанға шекті-мүмкін ластанған заттардың түсу көлемін есептеудің теориялық негізін жасау;

– қалалық тазалау құрылғыларының қоршаған ортаға экологиялық–экономикалық шығынын анықтау.

Ғылыми жаңалығы – жергілікті жағдайларды ескеріп тазалау процесінің, сарқын суларды залалсыздандырудың, сүзгілеу аймақтарындағы және егіс алқаптарындағы сарқынды сулардың ағуының математикалық модельдері ұсынылды;

– сарқынды сулардағы лас заттардың нақты концентрациясына тәуелді сүзгілеу процесінде тазаланатын ағынның трансформациясын ескеретін жаңа түзету коэффициенті K ұсынылды;

– лас заттардың салыстырмалы массасына тәуелді шығын дәрежесін есепке алу әдістемесі ұсынылды;

– Шымкент қаласындағы сарқынды сулардағы аса зиянды заттардың концентрациясы мен улануы арасындағы байланыс тазалаудың тиімділігін ескеріп анықталды.

«Қазақстанның Оңтүстік аймағындағы сүзгілеу алқабындағы жер астындағы сулардың ластануын оқудың жобасын жасау ұсынысы» жасалған. Уландыратын массаларды және ағын суларды су қоймаларына жіберу есебі теориялық негізде жете зерттелген. Уландыратын масса және сарқынды сулардың тоғандарға түсуін есептеудің теориялық негіздірі ұсынылды. Белсенді тұнбалардың (лайдың) өсуінің, сүзгілеу танапындағы және жерге егу даласындағы сарқынды сулардың ағуларының, ультрафиолеттік сәулелермен және озонмен сарқынды суларды залалсыздандырудың математикалақ модельдері құрастырылған. Заттың нақты концентрациясына тәуелді сүзгілеу процесінде тазаланатын ағынның трансформациясын ескеретін түзету коэффициентінің шамалары Шымкент қаласының Бөржар су қоймасына арнап анықталған.

Нақты зерттеу нәтижелерін тәжірибеде қолдану ендіру акттерімен расталған. «Канализациялық сораптар станциясын автоматтандыру және диспетчерлеу» «Тараз-су» Мемлекеттік коммуналдық кәсіпорнының автоматтық басқару жүйесін ендіру актісімен бекітілген. «Суға түсетін шекті-мүмкін максималды концентрацияны есептеу» бағдарламасы М.Әуезов атындағы ОҚМУ-нің «Су ресурстары және жерді пайдалану» және «Экология» кафедраларының оқу процесстеріне ендірілген.

Зерттеулердің нәтижесінде қалалық тазалау құрылғыларының қоршаған ортаға экологиялық–экономикалық шығыны анықталды. Канализациялық сорап станцияларын автоматтандыру және диспетчерлеуді ендірудегі экономикалық тиімділігі анықталды.

«Modeling of the processes functioning sewage treatment plants and evaluation of their basic ecological and economic indicators»
25.00.36 – geoecology
Sypabek Kassymkhan Saylaubekuly
Summary
The increase of polluted water with salt, pesticides, unrefined utility and industrial sewages, as well as practically full decrease of water resource reserve is one of the main ecological problems in South Kazakhstan.

Monitoring and evaluation of water pollution is one of the most pressing problems as the uncontrolled discharge of sewage into water bodies, agricultural development, the growth of household waste and other factors led to widespread depletion and pollution of water resources. Only strictly protected water sources remain the most reliable reserve to meet the population in drinking water.

Purpose of the work - modeling of the processes functioning sewage treatment plants and evaluation of their basic ecological and economic indicators.

The problems of the research:

• 
  the analysis of the modern ecological condition of water resource in South Kazakhstan;
  
• 
  development of mathematical models of processes of wastewater taking into account local conditions;
  
• 
  the determination correcting factor, taking into account transformation of the purified flow in the process of filtration depending on actual concentration of nitrite, ammonia, phosphate, nitrate, weighted material, BPK, HPK and sulphate;
  
• 
  the development ARM “Calculation of limited – permissible discharges”;
  
• 
  develop a method for comprehensive analysis of the aquatic environment;
  
• 
  the theoretical basis development of calculation of volume toxic masses of sewages and limited – permissible discharge in water tank taking into consideration local ecological conditions;
  
• 
  identify environmental and economic damage to the environment from municipal wastewater treatment plants.
  

• 
  the new factor is offered the correcting factor K, taking into account the transformation of the purifying flow in process of the filtering depending on actual concentration of sewages ingredients;
  
• 
  the methods of the account degree damage is given from relative mass pollution;
  
• 
  the relationship between toxicity and the harm ingredient sewages concentration of Shymkent is revealled and the effect importance’s of the purifying on some factors of the sewages;
  
• 
  ecological - economic damage of the environment from activity industrial enterprise is revealed. The economic efficiency of automations and controlling of sewage pumping stations of Taraz is.
  

Practical use result of present researches were confirmed by impletation certificate of the autocontrol “Automation and controlling of sewage pumping stations” in KGP “Taraz-su”, designed programs for computer “Calculation the permissible unset” in teaching process at the chairs “Water resources and land-use” and “Ecology” M.Auezov South Kazakhstan state university.

As a result of these studies identified environmental and economic damage to the environment from municipal wastewater treatment plants. Detected economic effect of the introduction of automation and scheduling of sewer pumping stations.

Подписано в печать 12.01.2010г.

Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага типографическая.

Печать офсетная. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №1623.

Издательский центр ЮКГУ им. М.Ауезова,

г.Шымкент, пр. Тауке хана, 5.