Анотація до роботи:

Юрченко В.О. Розвиток науково-технологічних основ експлуатації споруд каналізації в умовах біохімічного окислення неорганічних сполук. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розробці методів підвищення надійності водовідведення та біологічної очистки стічних вод за допомогою управління процесами біохімічного окислення неорганічних сполук (аеробним хемосинтезом) у спорудах каналізації.

На підставі установлених закономірностей біохімічного окислення неорганічних сірко- і азотвмісних сполук у різних спорудах каналізації розроблено технологічні заходи управління цим процесом.

Для мереж водовідведення, де біохімічне окислення неорганічних сірковмісних сполук тіобацилами зумовлює корозійне руйнування бетонних конструкцій, розроблено методи та засоби оперативного контролю концентрації тіобацил, прогнозної оцінки експлуатаційної довговічності каналізаційних трубопроводів та ефективні, екологічні, економічні і технологічні методи пригнічення процесу.

Для експлуатації споруд біологічної очистки стічних вод розроблено метод оперативного контролю нітрифікуючої здатності активного мулу та розрахунку прогнозної швидкості вилучення N-NH₄, встановлені керуючі впливи біосорбційної нітрифікації.

1. На підставі проведеного аналітичного огляду науково-технічної літератури показано, що в спорудах водовідведення процеси біохімічного окислення сірковмісних неорганічних сполук визначають експлуатаційну довговічність цих об'єктів. У спорудах біологічної очистки міських і азотвмісних промислових стічних вод процеси біохімічного окислення неорганічних сполук азоту визначають експлуатаційну придатність цих об'єктів - глибину очищення і ефект видалення як азотвмісних, так і вуглецьвмісних органічних забруднень, а процеси біохімічного окислення неорганічних сполук сірки визначають ефект очищення промислових стічних вод від роданідів.

2. Запропоновано наукову концепцію, яка полягає в спільності підходів до управління біохімічним окисленням неорганічних сірко- та азотвмісних сполук, зумовленою біологічною спільністю цих процесів (аеробним хемосинтезом), в спорудах водовідведення та біологічної очистки стічних вод. Для реалізації концепції теоретично та експериментально обґрунтовано шляхи управління процесами аеробного хемосинтезу:

оперативний контроль концентрації автотрофних бактерій або активності їх життєдіяльності;

Таблица 5

Розроблені технічні та технологічні пропозиції управління аеробним хемосинтезом в спорудах каналізації

зовнішня регуляція, спрямована на пригнічення або інтенсифікацію цих процесів.

3. Визначено основні трансформації біогенних елементів – вуглецю, азоту, сірки, які відбуваються при їхній біогеохімічній міграції по колообігу стічні води – атмосфера підсклепінного простору – конденсатна волога на склепінні – (склепіння, стічні води), та процеси, що їх зумовлюють. Експериментально досліджено та науково обґрунтовано динаміку хімічних, фізико-хімічних, мікробіологічних та структурних характеристик бетону в процесі мікробної корозії. Визначено, що динаміку цього виду корозії бетону та його експлуатаційні характеристики об'єктивно відбиває значення рН бетону. Розроблено математичну модель біохімічного окислення неорганічних сірковмісних сполук до сірчаної кислоти мікробіоценозом, іммобілізованим на склепінні. Удосконалено математичну модель мікробної корозії бетону та математичну модель процесів, що в самопливному каналізаційному колекторі ініціюють мікробну корозію на склепінні. Ці моделі дають можливість на підставі визначення хімічних та фізико-хімічних характеристик об’єктів в лотковій частині на конкретній ділянці каналізаційної мережі розрахувати глибину корозії бетону склепінної частини.

4. Вперше в продуктах мікробної корозії бетону виявлено та ідентифіковано органічні нерозчинні в воді (ліпідоподібні) сполуки, в тому числі азот-, сірко- та фосфорвмісні. Ці сполуки є одним з чинників, що визначають експлуатаційну довговічність полімерних захисних покрить бетону в мережах водовідведення. Через наявність ліпідоподібних сполук лабораторне моделювання мікробної сірчанокислотної агресії розчинами сірчаної кислоти не відповідає реальним умовам процесу.

5. Розроблено та успішно апробовано в виробничих умовах спосіб і виготовлений пристрій для оперативного неруйнуючого контролю стану бетону в мережах водовідведення. Обробка даних такого контролю на підставі експериментально встановлених залежностей дає змогу кількісно оцінити: концентрацію тіобацил у бетоні та ступінь агресивності середовища на склепінні, розрахувати глибину ураження бетону, швидкість його корозії та термін до граничного стану трубопроводу. Одержана інформація дозволяє кількісно прогнозувати експлуатаційну довговічність ділянок мереж та попередити обвалення склепіння і масштабні аварії.

6. Розроблено методику прогнозної кількісної оцінки ефективності антикорозійних заходів, спрямованих на підвищення експлуатаційної довговічності мереж водовідведення: біоцидних обробок склепіння, захисних покриттів та просочень бетону, використання кислототривких композицій бетону. Методика дозволяє розрахувати довговічність заходу та умови (концентрацію сірководню в атмосфері), при яких він матиме бажаний термін експлуатації.

7. Дослідженнями, проведеними в лабораторних умовах та на мережах водовідведення, визначено, що ефективне, економічне та безпечне для біологічних очисних споруд підвищення експлуатаційної довговічності мереж водовідведення забезпечують наступні заходи:

в діючих мережах при помірній мікробіологічній агресії (рН конденсатної вологи на склепінні 4,0) - пригнічення біохімічного окислення неорганічних сполук на склепінні шляхом періодичного підтоплення ділянок стічними водами;

при новому будівництві та ремонті - захист бетону мереж покриттями з матеріалів, що не розчиняються в сірчаній кислоті та ліпідоподібних сполуках (поліетилен, VM-Базальт).

8. Визначено, що іммобілізація автотрофних тіонових та нітрифікуючих мікробіоценозів багаторазово підвищує їхню стійкість до хімічних і фізичних бактерицидних впливів, а також до дії високих навантажень за азотвмісніми забрудненнями у стічних водах. Найвищі показники біосорбційної нітрифікації стічних вод і знероданювання їх тіобацилами відзначені при іммобілізації мікробіоценозу на капронових "віях".

9. Обстеженням роботи промислових установок нітрифікації-денітрифікації (НДФ) установлено, що двохстадійна схема на стадії нітрифікації забезпечує нітрифікуючу здатність мулу в 3-5 разів вищу, ніж у схемі одностадійної НДФ. Експериментальними дослідженнями доведено, що за допомогою іммобілізації нітрифікуючого мікробіоценозу в двохстадійній схемі НДФ досягається експлуатаційно значима стабілізація та інтенсифікація показників нітрифікації мінералізованих промислових стічних вод: питома швидкість окислення N-NH₄ підвищується в 2,5-10 разів.

10. Розроблено методику оперативного контролю нітрифікуючої здатності активного мулу, та розрахунку на її підставі прогнозованої швидкості окислювання N-NH₄ цим мікробіоценозом, що дозволяє прогнозувати ефект очистки стічних вод та оперативно приймати обґрунтовані рішення при експлуатації очисних споруд.

11. Експериментально визначено, що найвищі питомі швидкості вилучення амонійного азоту (до 20 мг/г_безгод) мінералізованих промислових стічних вод при біосорбційній нітрифікації досягаються при навантаженні N-NH₄ 200-250 мг/г_без, рН 7,5-9,0, концентрації О₂ 3,0 мг/дм³, температурі 25-30⁰С. Інгібуючий вплив, що вдвічі зменшує максимальну питому швидкість біосорбційної нітрифікації, створюють легкоокислювані органічні сполуки (ХСК 40 мг/дм³), важкоокислювані органічні сполуки - нафтопродукти (3 мг/дм³), фенол (3 мг/дм³), СПАР (12 мг/дм³).

12. Розроблені автором дисертаційної роботи методи і рішення були впроваджені при контролі стану каналізаційних мереж м. Харкова, виборі матеріалів для захисту бетону при новому будівництві мереж в м. Ашгабаді, проектуванні, будівництві та експлуатації споруд біологічної очистки стічних вод (ВАТ "Харківський «Водоканалпроект»", Новомосковське ВО "Азот", Стерлітамакське ВО "Сода", ДКП "Харківкомуночиствод", ОП "Полтававодоканал").

Основні положення дисертації опубліковані в наступних працях:

1. Юрченко В.А. Применение полимерных материалов в жилищно-коммунальном хозяйстве / Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города: Уч. пособие. Раздел 2 / Коллектив авторов. - Харьков: ХНАГХ, 2004. – С.104-150.

2. Свергузова С.В., Василевич Н.Н., Юрченко В.А., Горох Н.П. Проблемы и перспективы накопления и переработки полимерных отходов: Монография. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005. – 132 с.

3. Истомина Л.П., Юрченко В.А., Зинченко И.В. Биологическая очистка и использование конденсата в охладительных системах содовых заводов // Труды ВНИИ ВОДГЕО. Очистка сточных вод и их использование в замкнутых системах водного хозяйства промышленных предприятий. - М. - 1988. - С. 63-68.

4. Оптимизация процесса очистки аммонийсодержащих сточных вод закрепленными на стекловолокне нитрифицирующими микроорганизмами / Юрченко В.А., Истомина Л.П., Зинченко И.В., Хрыпова Е.В. // Химия и технология воды. - 1989. - Т. 11, № 5. - С. 460-463.

5. Роль нитрифицирующих бактерий в выщелачивании марганца из карбонатных марганцевых руд / Лебедева Е.В., Юрченко В.А., Ремизов В.И., Каравайко Г.И. // Прикладная биохимия и микробиология. - 1993. - Т. 29, № 6. - С. 895-899.

6. Микробиологическая коррозия бетона тионовыми бактериями / Свергузова С.В., Гончарова Е.Н., Юрченко В.А., Балятинская Л.Н. // Известия вузов. Строительство. - 1996. - № 10. - С. 68-71.

7. Юрченко В.А. Биогеохимические трансформации бетона в процессах микробиологической коррозии // Вестник Харьковского Государственного автомобильно-дорожного технического университета. Сборник научных трудов. – Харьков: ХГАДТУ. - 1998. – Вып. 8. - С. 68-72.

8. Устинова Н.Д., Юрченко В.А. Исследование спонтанных микробиологических процессов, вызывающих деструкцию СОЖ // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ- 1999. - Вып. 46. - С. 60-63.

9. Исследование биостойкости эпоксидных композиций, содержащих бактерициды / Данченко Ю.М., Юрченко В.А., Яковлева Р.А., Гладкий Т.Т. // Хімічна промисловість України. - 2000. - № 5. - С. 48-51.

10. Юрченко В.А. Экология микроорганизмов, участвующих в циклах серы и азота в водной фазе сооружений водоотведения // Коммунальное хозяйство городов. - Вып. 22. - К.: Техніка. - 2000. - С. 128-131.

11. Коринько И.В., Ярошенко Ю.В., Юрченко В.А. Проблемы экологической безопасности водоотведения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип. 15. - С. 234-237.

12. Юрченко В.А., Ольгинский А.Г., Чернявский В.Л. Биогеохимическая коррозия бетона сооружений отведения сточных вод // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2001. - № 6. – С. 61-66.

13. Юрченко В.А., Петков А.А., Бригада Е.В. Исследование эффективности биоцидных воздействий на возбудителей микробиологической коррозии в трубопроводах водоотведения // Вісник Одеського національного університету. - 2001. – Т. 6. – Вип. 2 «Біологія». - С. 330-333.

14. Бабушкин В.И., Плугин А.А., Юрченко В.А. Образование экологически опасных соединений в процессе водоотведения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2002. - Вип. 16. - С. 121-125.

15. Борьба с возбудителями микробиологической коррозии бетона трубопроводов водоотведения с помощью химических биоцидных воздействий / Коринько И.В., Юрченко В.А., Бригада Е.В., Гончарова Е.Н // Коммунальное хозяйство городов. – Киев: Техника. – 2002. – Вып. 42. – С. 61-63.

16. Юрченко В.А. Микробиологические трансформации азота в техногенных экосистемах сооружений водоотведения // Химия и технология воды. - 2002. - Т. 24. - № 1. - С. 87-93.

17. Коринько И.В., Юрченко В.А. Аэробный хемосинтез как фактор экологической безопасности водоподготовки, отведения и очистки сточных вод // Коммунальное хозяйство городов. – Киев: Техника. – 2002. – Вып. 45. Серия технические науки и архитектура. – С. 82-87.

18. Юрченко В.А., Чернявский В.Л., Ольгинский А.Г Особенности коррозии бетона в самотечных трубопроводах водоотведения // Известия вузов. Строительство. - 2002. - № 1-2 (517-518). - С. 23-27.

19. Юрченко В.А. Влияние процессов иммобилизации микробиоценоза на хемосинтез в системах водоотведения // Химия и технология воды. – 2002. – Т. 24, № 2. – С. 191-197.

20. Юрченко В.А., Бригада Е.В., Свергузова С.В. Влияние экологических условий на активность микробиологической сернокислотной агрессии бетона // Вестник Харьковского Государственного автомобильно-дорожного технического университета. Сборник научных трудов. – Харьков: ХГАДТУ. - 2002. – Вып. 19. - С. 73-75.

21. Юрченко В.О., Корінько І.В. Роль мікробіологічного чинника в забезпеченні експлуатаційної надійності бетонних споруд водовідведення // Вісник проблем біології і медицини. - 2002. - Вип.5. - С. 85-88.

22. Юрченко В.А., Бригада Е.В. Микробиологический генезис токсичных газообразных выбросов из канализационных сетей // Вісник проблем біології і медицини. – 2002. – Вип. 6. – С. 59-61.

23. Юрченко В.А., Бабушкин В.И., Коринько И.В. Роль микробиологического фактора в эксплуатационной надежности бетонных сооружений водоотведения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2002. – Вип. 19. – С. 248-253.

24. Юрченко В.А. Иммобилизация как фактор стабилизации развития нитрифицирующих микробиоценозов // Вісник проблем біології і медицини. – 2002. – Вип. 7-8. – С. 48-51.

25. Юрченко В.А., Глущенко Е.Н. Роль перифитона макрофитов в глубокой очистке городских сточных вод в сооружениях биоплато // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2002. - Вип. 17. - С. 212-216.

26. Плугин А.А., Бабушкин В.И., Юрченко В.А. Формирование агрессивности эксплуатационной среды сетей и сооружений водоотведения. Сульфатредукция // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2002. – Вип. 18. – С. 340-343.

27. Юрченко В.О., Бригада О.В., Ломоносова Л.В. Мікробіологічна корозія бетону у спорудах водовідведення // Біологія та валеологія. Збірник наукових праць. Вип. 5. – Харків. – 2002. – С. 159-163.

28. Коринько И.В., Юрченко В.А. Влияние тионовых бактерий на экологическую безопасность и эксплуатационную надежность бетонных сооружений водоотведения // Химия и технология воды. – 2003. – т. 25.- № 1. - С. 83-88.

29. Любавіна О.О., Юрченко В.О., Михайленко В.Г. Вплив мікробіологічного фактору на якість та кондиціювання артезіанських вод // Прогресивні ресурсозберігаючі технології та їх екологічне обґрунтування у підприємствах харчування. Економічні проблеми торгівлі. Зб. наук. праць. – Харків: ХДУХТ, 2002. – Ч. 1. – С. 299-303.

30. Юрченко В.А. Некоторые микробиологические аспекты проблемы подтопления территорий // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2003. -№ 6. – С. 52-55.

31. Юрченко В.А., Внукова Н.В., Бабенко О.В. Влияние экологических условий водоотведения на активность микробиологической коррозии // Вестник Белгородского государственного технологического университета. - 2003. -№ 6. –С. 108-110.

32. Березуцкая Н.Л., Юрченко В.А. Дестабилизация эмульгированных в воде масел микроорганизмами // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003. – № 5. – С. 47-50.

33. Юрченко В.А. Влияние аэробного хемосинтеза на эксплуатационную надежность и экологическую безопасность сооружений канализации // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2004. – Вип. 26. – С. 98-100.

34. Юрченко В.А., Архипов О.В. Математическая модель процесса образования сероводорода в сточных водах, транспортируемых сетями водоотведения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2005. – Вип. 31. – С. 127-132.

35. Юрченко В.А., Бахарева А.Ю. Использование биотехнологического метода для очистки промышленных газообразных выбросов от метана //Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. - № 3/1 (15). – С. 69-72.

36. Юрченко В.А., Коринько И.В., Шеренков И.А., Архипов О.В. Математическая модель микробиологической коррозии бетона в сетях водоотведения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2005. – Вип. 33. – С.313-319.

37. Юрченко В.А., Бахарева А.Ю. Использование биотехнологического метода для очистки промышленных газообразных выбросов от H₂S, NH₃ и SO₂ // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. - № 5/1 (17). – С. 95-99.

38. Исследование стойкости к плесневым грибам огнебиозащитных эпоксиополимеров // Яковлева Р.А., Дмитриева Н.В., Юрченко В.А., Попов Ю.В., Снагощенко Л.П., Жартовский В.М. // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2005. – Вип. 30. –Т.1. – С. 185-189.

39. Способ биологической очистки сточных вод от соединений азота. А.с. 1555305 СССР, МКИ А1 (51)5 С 02 F3/30 / Истомина Л.П., Юрченко В.А., Зинченко И.В. (СССР). - № 4231359. Заявлено 20.04.87. Опубликовано 07.04.90. БИ, 1990, № 13. - 2 с.

40. Способ подготовки аммиаксодержащих сточных вод для систем оборотного водоснабжения. А.с. 1664758 СССР МКИ А1 СО 2 F 3/34./ Юрченко В.А., Шендерович И.Б., Зинченко И.В., Дотц Л.В. (СССР). - № 4661454. Заявлено 13.03.89. Опубликовано 23.07.91. Бюл. № 6. - 2 с.

41. Спосіб визначення кількості нітрифікуючих бактерій в досліджуваному матеріалі. Патент України № 19946 МКІ С12 М1/00 / Юрченко В.О., Головко Г.П., Чернявська Т.Й., Чернетченко О.С. (Україна). Заявл. 24.05.90. Опубл. 25.12.97. Бюл. № 6. - 1 с.

42. Спосіб визначення ступеня агресивності експлуатаційного середовища по відношенню до споруд із бетону, які зазнають впливу біогенної сірчанокислотної агресії. Патент України № 50558 МПК 7 С12М1/00/ Корінько І.В., Юрченко В.О., Бабушкін В.І., Клейн Ю.Б., Піліграм С.С., Зеленський Б.К., Коваленко О.М. (Україна). - 2002021123. – Заявл. 12.02.2002. Опубл. 15.10.02. Бюл. № 10. - 6 с.

43. Система для транспортування стічної рідини. Патент України № 2385 МПК 7 Е03F1/00./ Корінько І.В, Зеленський Б.К., Коваленко О.М., Піліграм С.С., Юрченко В.О. (Україна). - 2003054718. Заявл. 26.05.2003. Опубл. 15.03.2004; Бюл. № 3. - 2 с.