Почему гидротехнические водно-болотные угодья обладают высокой способностью к удалению органических веществ из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности?

Экологический метод обработки — это способ очистки сточных вод в природных условиях с помощью метаболических процессов экологических организмов. В настоящее время это стало актуальной областью для исследований и практического применения, причем наибольшее количество исследований и применений связано с окислительными прудами и искусственными водно-болотными угодьями. Их общими особенностями являются низкое энергопотребление, простота управления, низкие эксплуатационные затраты, возможность создания комбинаций различных экосистем и способствование комплексной переработке сточных вод. Окислительный пруд, также называемый биологическим или стабилизационным прудом, — в нем органические вещества из сточных вод удаляются в основном за счёт симбиоза бактерий и водорослей. Гетеротрофные микроорганизмы, а именно аэробные бактерии и грибы, окисляют органические вещества с целью получения энергии и синтеза новых клеток ； Водоросли путем фотосинтеза фиксируют углекислый газ и поглощают такие питательные вещества, как азот и фосфор, а также органические вещества, чтобы синтезировать новые клетки и выделять кислород. В нормальных условиях микроорганизмы и водоросли дополняют друг друга. Кислород, выделяемый водорослями, используется аэробными и факультативно-аэробными бактериями для окисления органических веществ с образованием углекислого газа и воды ； Углекислый газ, находящийся в нем, может использоваться водорослями для фотосинтеза. Некоторые водоросли могут осуществлять метаболизм не только путем фотосинтеза, но и путем гетеротрофного питания. По биологическим свойствам окислительные пруды делятся на аэробные, анаэробные и факультативно-аэробные пруды. В аэробных прудах необходимо постоянно поддерживать уровень растворенного кислорода на уровне 2 ppm и выше. Недостаток растворенного кислорода приводит к формированию условий факультативного анаэробия. Теоретически глубина аэробного пруда должна быть такой, чтобы свет мог проникать в него (не более 0,5 метра), что необходимо для обеспечения процесса фотосинтеза у водорослей. Но в таких глубоких прудах может наблюдаться чрезмерно высокая концентрация водорослей, что препятствует проникновению солнечного света на дно пруда. В практическом применении для экономии площади земли часто используют промежуточные пруды глубиной 1–2 метра. Высокая концентрация органических веществ и твердых частиц в воде, поступающей в окислительный пруд, может негативно сказаться на эффективности обработки. Применение окислительных прудов для глубокой обработки сточных вод из целлюлозно-бумажной промышленности позволяет не только устранять органические загрязнители, но и снижать содержание неорганических солей в сточных водах, что способствует их повторному использованию. Например, в компании Хайшэнг Пейпер, где имеются резервуары для окисления сточных вод, концентрация неорганических солей в водах, используемых повторно, составляет 2–3 г/л. В компании Хуапэнг Пейпер, у которой таких резервуаров нет, концентрация неорганических солей составляет 7–8 г/л. Накопление неорганических солей способствует образованию налета и коррозии оборудования, что приводит к необходимости использования большего количества клея в производственном процессе. Технология обработки с помощью искусственных водно-болотных угодий представляет собой создание искусственных водно-болотных угодий путем имитации структуры и функций природных водно-болотных угодий в соответствии с потребностями. Искусственные водно-болотные угодья обладают высокой способностью к удалению органических веществ из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. С одной стороны, нерастворимые органические вещества быстро удерживаются за счет физических процессов осаждения и фильтрации в наполнителях водно-болотных угодий; кроме того, они могут служить пищей для некоторых факультативно-аэробных или анаэробных микроорганизмов ； С другой стороны, растворенные органические вещества в сточных водах разлагаются и удаляются за счет адсорбции корнями растений и биопленками на поверхности наполнителей, а также в результате биохимических процессов. В итоге большая часть органических веществ из сточных вод целлюлозно-бумажного производства преобразуется анаэробными микроорганизмами в микроорганизмы, CO2 и H2O. Новообразовавшиеся микроорганизмы в конечном итоге удаляются из водно-болотных угодий посредством очистки дна и сбора растений. В глубокой обработке сточных вод паперной промышленности широко используются искусственные заболоченные участки с тростником. Благодаря использованию таких участков одновременно достигается глубокая очистка сточных вод, а также растущий тростник может служить сырьем для производства целлюлозы, что способствует развитию циркулярной экономики. Однако в практическом применении при глубокой обработке сточных вод целлюлозно-бумажного производства с использованием метода искусственных водно-болотных угодий была выявлена проблема накопления солей в почве этих угодий. Поэтому необходимо сочетать этот метод с использованием других источников воды для усиленной промывки и дренирования почвы, что поможет снизить её соленость. В то же время в северных регионах нашей страны из-за значительных колебаний температуры в связи с сменой сезонов применение систем искусственных водно-болотных угодий сильно зависит от погодных условий. Это является одной из основных проблем, мешающих использованию этого метода в северных регионах. Однако на практике можно решить проблему зимовки водно-болотных угодий в северных регионах путем увеличения объема водохранилищ, что позволит избежать слива воды из системы в зимний период. Экологический метод обработки представляет собой эффективный способ глубокой очистки сточных вод, получаемых на предприятиях по производству целлюлозы и бумаги. Он особенно подходит для глубокой очистки сточных вод на небольших и средних предприятиях этой отрасли. Этот метод позволяет не только осуществлять глубокую обработку сточных вод, но и улучшать окружающую природную среду, а также способствует повторному использованию сточных вод в качестве ресурса. Поэтому у него есть большие перспективы применения. Однако экологические системы обработки занимают большую площадь, в них легко размножаются комары и другие насекомые, к тому же при их проектировании, эксплуатации и управлении не хватает опыта, что также является проблемой, требующей решения в будущей работе.

Искусственные водно-болотные угодья обладают высокой способностью к удалению органических веществ из сточных вод целлюлозно-бумажного производства. Это достигается в основном за счет физического задержания и осаждения, а также биологического поглощения и разложения. С одной стороны, нерастворимые органические вещества, содержащиеся в сточных водах целлюлозно-бумажного производства, быстро удаляются за счет физических процессов осаждения и фильтрации в водно-болотных угодьях; эти вещества могут служить питательной средой для некоторых факультативно-аэробных или анаэробных микроорганизмов. С другой стороны, растворимые загрязнители в сточных водах удаляются благодаря процессам адсорбции и поглощения со стороны корней растений и биопленок на их поверхности, а также в результате биохимических преобразований. Большая часть органических веществ из сточных вод печатной промышленности в конечном итоге преобразуется анаэробными микроорганизмами в микробные тела, а также в CO2 и H2O, что позволяет достичь высокой степени удаления загрязнителей.

Это связано с качеством почвы?