Экологический анализ и регулирование инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Шевцов, Дмитрий Алексеевич

• Шевцов, Дмитрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шевцов, Дмитрий Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ОТ ПАРАЗИТАРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

1.1. Характеристики проблемных ареалов образования и распространения возбудителей паразитозов в окружающей среде

1.2. Анализ влияния природных факторов на процесс инактивации возбудителей паразитозов в окружающей среде

1.3. Оценка инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах урбоареалов

1.3.1. Сооружения механической очистки

1.3.2. Сооружения биологической очистки

1.3.3. Сооружения по обеззараживанию

1.4. Анализ специальных методов инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах

1.4.1. Физические методы

1.4.2. Химические методы

1.4.3. Биологические методы 42 Выводы по главе

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ БИОАЭРАЦИОННОГО МЕТОДА ДЕГЕЛЬМИНТИЗАЦИИ

2.1. Экология развития возбудителей паразитозов в техногенных системах

2.2. Теоретическое описание особенностей пребывания возбудителей паразитозов в органических субстратах

2.3. Механизмы инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах

2.4. Концептуальная модель инактивации паразитарного загрязнения в урбоареалах

Выводы по главе

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Объекты исследований

3.1.1. Описание лабораторных установок

3.1.2. Объекты производственных исследований

3.2. Характеристика используемого препарата и тест-объектов

3.3. Методики исследований

3.3.1. Методики проведения лабораторных экспериментов

3.3.2. Методики проведения производственных исследований

3.4. Статистическая обработка результатов исследований 96 Выводы по главе

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЛИЯНИЮ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНАКТИВАЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ПАРАЗИТОЗОВ В ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДАХ

4.1. Исследование влияния качественных характеристик жидких и твердых отходов на процесс их дегельминтизации препаратом

4.1.1. Определение диапазонов изменения качественных характеристик загрязнения жидких коммунальных отходов

4.1.2. Исследование пределов эффективного применения препарата в жидких коммунальных отходах

4.2. Исследование влияния аэрации на возбудителей паразитозов в жидких и твердых органических отходах

4.3. Исследования биоаэрационного метода дегельминтизации жидких и твердых отходов

4.3.1. Исследования биоаэрационного способа инактивации яиц гельминтов в жидких отходах

4.3.2. Исследования биоаэрационного способа инактивации яиц гельминтов в твердых отходах

4.3.3. Характеристики биоаэрационной инактивации возбудителей паразитозов

4.4. Определение микробиологических характеристик биоаэрационного воздействия в водной среде

Выводы по главе

5. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ БИОАЭРАЦИОННОЙ | ТЕХНОЛОГИИ ДЕГЕЛЬМИНТИЗАЦИИ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ

5.1. Исследование фоновых показателей инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах

5.2. Выбор технологических схем инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах

5.3. Конструктивные особенности сооружений, используемых для биоаэрационной инактивации возбудителей паразитозов

5.4. Испытания биоаэрационной технологии дегельминтизации жидких и твердых отходов

Выводы по главе

6. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ПАРАЗИТАРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

6.1. Моделирование инактивации возбудителей паразитозов с учетом биотических и абиотических факторов

6.2. Эколого-экономическое обоснование биоаэрационного метода инактивации возбудителей паразитозов

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экологический анализ и регулирование инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах»

Проблема паразитарного загрязнения окружающей среды актуальна не только для России, но и для ряда развитых стран. Размещение отходов техногенных систем в окружающей среде приносит, помимо физических и химических компонентов, огромное количество жизнеспособных возбудителей паразитарных заболеваний. С каждым кубометром недегельминтизирован-ных жидких и твердых отходов в окружающую среду попадает от сотни до нескольких миллионов жизнеспособных яиц гельминтов.

Высокая устойчивость экологического цикла возбудителей паразитозов способствует накоплению их в водных и почвенных объектах, что приводит к заражению пищевых цепей человека, животных и птиц. Последнее обстоятельство непременно влечет за собой обострение эпидемиологической ситуации на всей территории урбанизированной среды.

В связи с увеличением уровня паразитарного загрязнения водных и почвенных объектов органы санитарно-эпидемиологического контроля установили жесткие нормативы по сбросу в окружающую среду жизнеспособных яиц гельминтов с отходами предприятий жилого, промышленного и сельскохозяйственных комплексов. В соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.573-96 природоохранные системы должны обеспечить полную дегельминтизацию жидких и твердых отходов, размещаемых в окружающей среде.

Применение традиционных методов обеззараживания отходов не обеспечивает необходимую эффективность инактивации возбудителей паразитозов. Использование специальных методов в большинстве случаев экономически нерентабельно и экологически небезопасно. В результате прошедшие полный цикл технологической обработки жидкие и твердые отходы являются эпидемиологически опасными субстратами, и не могут быть использованы в качестве удобрений. Поэтому экологический анализ и регулирование инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах, в первую очередь, необходимо производить в местах их сосредоточения - техногенных системах.

Представленная проблема требует создания новых экологически безопасных технологий инактивации возбудителей паразитозов в жидких и твердых отходах, которые позволят создать мощный техногенный барьер в биоцикле гельминтов и обеспечить охрану водных и почвенных ресурсов урбоа-реалов от паразитарного загрязнения.

Данная работа выполнялась в рамках Государственной программы «Архитектура и строительство» по госбюджетной теме «Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод Южного региона с учетом экологических требований» (номер Государственной регистрации 01.9.40001739).

В области санитарной безопасности и обеззараживания различных видов отходов от яиц гельминтов известны работы H.A. Скрябина, В.А. Догеля, З.Ф. Васильковой, М.А. Козловой, H.A. Романенко, Н.И. Хижняка, В.Я. Кебиной, Л.Б. Доливо-Добровольского, Р.Я. Аграноник, Д.И. Панасюка, Х.Х. Сохрокова, А. Хайдарова, К. Tarwid, J.D. Smyth, Н. Lysek, U. Rosenberg, B.D. Haus. Однако большинство из этих работ имеют санитарно-эпидемиологическую, а не техническую направленность, что ограничивает их практическое использование.

Диссертационная работа посвящена выявлению проблемных ареалов образования и распространения возбудителей паразитозов и разработке мероприятий по их инактивации в техногенных системах, что позволит: предотвратить паразитарное загрязнение водных и почвенных объектов окружающей среды и утилизировать полностью дегельминтизированные жидкие и твердые отходы в качестве органоминеральных удобрений в сельском хозяйстве.

Область исследования: прикладная экология - исследование особенностей эмбриогенеза и инактивации паразитарного загрязнения в техногенных системах для предотвращения обсеменения водных и почвенных ресурсов урбоареалов.

Объектом исследования являлись техногенные системы урбоареалов, загрязняющие водные и почвенные ресурсы окружающей среды возбудителями паразитозов.

Предмет исследования - состояние и регулирование биологического цикла возбудителей паразитозов в техногенных системах урбоареалов.

Цель и задачи работы - анализ и обоснование путей оптимизации процесса инактивации паразитозов под действием биотических и абиотических факторов в твердых и жидких отходах техногенных систем.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• выявление проблемных ареалов образования и распространения возбудителей паразитозов и разработка концептуальной схемы их инактивации;

• теоретическое описание особенностей перемещения и инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах урбоареалов;

• обоснование классификационных признаков инактивации яиц гельминтов в твердой и жидкой фазах органических отходов;

• теоретико-экспериментальная оценка и оптимизация процесса инактивации возбудителей паразитозов при комбинированном воздействии абиотических и биотических факторов;

• разработка и внедрение биоаэрационной технологии инактивации возбудителей паразитозов в природоохранные системы урбоареалов.

Основная идея работы. Предотвращение паразитарного загрязнения водных и почвенных объектов урбоареалов за счет вывода в них полностью дегельминтизированных жидких и твердых отходов.

Методы исследования. Основными методами исследования являлись: системный анализ процессов дегельминтизации в техногенных системах, имитационное моделирование процессов инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах, активное планирование экспериментов с использованием стандартных методик санитарной паразитологии, статистическая обработка экспериментальных данных и математическое описание процессов инактивации возбудителей паразитозов в жидких и твердых отходах.

Научная новизна работы:

• предложена имитационная модель взаимодействия процесса дегельминтизации жидкой и твердой частей органических отходов с водными и почвенными объектами окружающей среды;

• получены зависимости эффективности инактивации возбудителей пара-зитозов препаратом «Бингсти» от концентрации органических загрязнений и гидродинамических характеристик движения жидких и твердых отходов в техногенных системах;

• установлены показатели позитивного и негативного воздействий биотических и абиотических факторов техногенных систем на возбудителей па-разигозов и учтены особенности процессов блокирования и деблокирования яиц гельминтов в органических отходах;

• установлено слабое бактерицидное действие биоаэрационной обработки на индикаторные колиформные организмы в водной среде (бактерицидный эффект 10-15%).

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором состоят:

• в установлении степени вклада стадий накопления, транспортировки и обработки жидких и твердых отходов в процесс инактивации возбудителей паразитозов;

• в экспериментальном обосновании оптимальных параметров комбинированного воздействия препарата «Бингсти» и аэрации на возбудителей паразитозов в жидких и твердых органических отходах;

• в математическом описании закономерностей процессов биоаэрационной инактивации возбудителей паразитозов в жидких и твердых органических отходах;

• в эколого-экономической оценке реализации биоаэрационной технологии инактивации возбудителей паразитозов в техногенных системах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием стандартных методик паразитологических исследований и определения показателей качества твердых и жидких субстратов, выполнением планирования экспериментов в программе ПЭСМ4ф, математической формализацией результатов большого массива опытов с помощью пакета статистического анализа Statistica (StatSoft Inc.), сходимостью данных теоретических исследований с результатами экспериментов (относительная погрешность ±11%, при доверительной вероятности 0,95).

Практическая значимость работы:

• разработана экологически обоснованная, ресурсосберегающая, высокоэффективная биоаэрационная технология инактивации возбудителей парази-тозов в техногенных системах урбоареалов;

• обоснованы точки ввода и технические решения по биоаэрационной обработке в ходе процессов накопления, транспортировки и обработки органических отходов;

• на базе производственных испытаний биоаэрационной технологии инактивации возбудителей паразипгозов разработаны рекомендации по реконструкции техногенных систем г. Усть-Лабинск, являющихся источниками паразитарного загрязнения окружающей среды; экономический эффект от внедрения составил 683 тыс. руб./год (2002 г.);

• составлены рекомендации для внедрения биоаэрационной технологии в техногенные системы, являющиеся источниками паразитарного загрязнения окружающей среды, при учете количественных и гидравлических параметров;

• получены два патента РФ на способы инактивации возбудителей пара-зитозов в жидкой и твердой фазах органических отходов, свидетельство на полезную модель элемента природоохранной техногенной системы.

Реализация результатов работы. Рекомендации по интенсификации дегельминтизации жидких и твердых органических субстратов с применением растительного препарата реализованы в ряде проектов строительства и реконструкции систем коммунального хозяйства Ростовской области и Краснодарского края, используются в деятельности природоохранных органов Ростовской области и учебном процессе РГСУ.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

• модель взаимодействия процессов дегельминтизации органических отходов с водными и почвенными объектами окружающей среды базируется на концептуальной схеме инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах, включающей этапы накопления, транспортировки и обработки жидких и твердых отходов;

• параметрически процессы дегельминтизации отходов на основных этапах характеризуются: их качественными характеристиками, временем накопления, характером движения потоков, величинами физико-механического, биологического и химического воздействий на возбудителей паразитозов;

• эффективность инактивации возбудителей паразитозов препаратом в жидких и твердых отходах определяется величинами органического загрязнения, рН, удельного расхода воздуха и концентрации препарата;

• процесс блокирования яиц гельминтов характеризуется величиной органической составляющей отходов и временем накопления, а процесс деблокирования - характером движения потоков отходов и воздействием физико-механических факторов;

• действие биоаэрационной обработки не нарушает естественного хода биологической обработки жидких и твердых отходов техногенных систем.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на: международных научно-практических конференциях института инженерно-экологических систем РГСУ (г. Росгов-на-Дону, 19972003 гг.); международных конференциях молодых специалистов Ростовской экономической академии (г. Ростов-на-Дону, 1997-2000 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 17 печатных работах, в том числе двух патентах РФ на изобретения №2120421, №2167825 и одном свидетельстве на полезную модель №15724.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 174 наименований и приложений. Общий объем диссертации составляет 234 страницы, из них 178 страниц машинописного текста, включая 25 рисунков, 17 таблиц, 7 приложений на 30 страницах.

Заключение диссертации по теме «Экология», Шевцов, Дмитрий Алексеевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6

1. Разработана имитационная модель процессов инактивации возбудителей паразитозов в урбоареалах, позволяющая производить системный анализ для выбора оптимального варианта локализации и деактивации паразитарного загрязнения в техногенной системе.

2. Сравнение эксплуатационных показателей высокоэффективных способов инактивации возбудителей паразитозов показало, что при эффективности не менее 96,8%, биоаэрационные способы без нанесения вреда окружающей среде в среднем позволяют снизить себестоимости обработки жидких и твердых отходов, соответственно в 600 и 180 раз.

3. Эколого-экономическая оценка применения биоаэрационной технологии дегельминтизации на примере системы коммунального хозяйства г. Устъ-Лабинск показала, что за счет предотвращенного ущерба водным и земельным ресурсам суммарный экономический эффект составит 683 тысячи рублей в год (2002 год).

1. Выявлены проблемные ареалы образования и распространения возбудителей паразитозов в окружающей среде и разработана концептуальная схема их инактивации на базе прерывания их жизненного цикла;

2. Теоретически обоснована необходимость использования сопутствующих факторов инактивации и особенностей эмбриогенеза яиц гельминтов для оптимизации процесса дегельминтизации овицидным препаратом в жидких и твердых органических субстратах;

3. Определены оптимальные параметры высокоэффективных и экоI логически безопасных биоаэрационных способов инактивации возбудителей паразитозов в жидких и твердых органических отходах (96,1-99,9%). На предлагаемые способы получены патенты РФ;

4. Определены классификационные признаки инактивации яиц гельминтов в техногенных системах, исходя из особенностей транспортировки и обработки жидких и твердых отходов;

5. Предложена экосистемная модель процесса инактивации возбудителей паразитозов, позволяющая производить компьютерный технологический анализ выбора оптимального варианта локализации и инактивации паразитарного загрязнения в урбоареалах;

6. Определены и экологически обоснованы принципиальные моменты внедрения метода комбинированного воздействия препарата и аэрации на возбудителей паразитозов в техногенных системах, на стадиях накопления, транспортирования и обработки отходов;

7. На основе результатов производственных исследований и испытаний разработаны и внедрены в практику биоаэрационные способы защиты от возбудителей паразитозов водных и почвенных ресурсов урбоареалов;

8. Эколого-экономическая оценка предложенных биоаэрационных способов показала, что за счет предотвращенного ущерба водным и почвенным ресурсам окружающей среды, суммарный экономический эффект их внедрения в г. Усгь-Лабинск составит 683 тысячи рублей в год.