Артем’єв С. Р., Рибалова О. В., Бригада О. В., Ілїнський О. В., Мацак А. О. Вивчення процесу замулення пристроїв інфільтрації дощового стоку з різними фільтруючими насадками

Вивчення процесу замулення пристроїв інфільтрації дощового стоку з різними фільтруючими насадками

 

Артем’єв Сергій Робленович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4535-1990

 

Рибалова Ольга Володимирівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002–8798–4780

 

Бригада Олена Володимирівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5777-8516

 

 

Ільїнський Олексій Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-1737-9462

 

Мацак Антон Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-2856-9437

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-15

Ключові слова: дощові стічні води, замулювання, фільтрація, фільтруючі насадки, ґрунт, час фільтрування

 

Анотація

 Досліджено процес замулювання на багатошарових інфільтраційних пристроях під час фільтрації дощового стоку. Замулювання пристроїв визначає їх експлуатаційний термін, однак кількісне розуміння процесу замулювання наразі є обмеженим особливо на пристроях з різною фільтруючою складовою. Тому, було проведено лабораторне дослідження процесу інфільтрації стоку, для кращого розуміння фізичних процесів замулювання. Процес замулювання вивчався за умов постійного рівня води, з концентрацією завислих речовин 80–300 мг/дм3 з використанням чотирьох фільтруючих насадок: базальт, тирса, вапняк та пінополіуретан. Встановлено, що найбільший шар замулювання утворюється на межі між фільтром і ґрунтом через утворення мулової пробки, яка «захищає» межу фільтр/ґрунт. Проаналізовано склад мулової пробки верхнього шару, фільтруючого об’єму колони та визначено, що фізичне замулювання в основному викликане міграцією частинок осаду діаметром менше 0,05–0,071 мм (фракція яких є головною в формуванні мулової пробки). Досліджено питання розподілення завислих часток відповідно за розмірами по всьому об’єму фільтруючого пристрою. Встановлено головні фракції , які найбільш осідають та впливають на процес замулювання пристроїв. Визначено залежності між швидкістю інфільтрації дощового стоку та накопиченням завислих часток у фільтруючому шарі. Найменші показники зниження швидкості фільтрації спостерігались при використанні вапняку (40 %), пінополіуретан та базальт показали схожі результати (51 % та 55 %), найбільше зниження швидкості фільтрації припало на тирсу – 74 %. Практична значимість результатів дослідження полягає у розумінні процесів забруднення (замулювання) пристроїв очищення поверхневого стоку, що в свою чергу дає можливість модернізації систем очищення (конструкція, фільтруючі насадки тощо) та міні-мізації накопичення певних фракцій завислих речовин на поверхні водозбору.

 

Посилання

  1. 1. Liping J., Binhui J., Xin Z. Research progress on dispersibility in subsurface infiltration system for treatment of domestic sewage. China Institute of environmental sciences. 2014. P. 843–854. doi: 10.1145/3070617.307064
  2. Pan J., Yu L. Characteristics of subsurface wastewater infiltration systems fed with dissolved or particulate organic matter. International Journal of Environmental Science and Technology. 2015. P. 479–488. doi: 10.1007/s13762-013-0408-8
  3. Sobotkova M., Dusek, J., Alavi G., Sharma L., Ray C., Assessing the feasibility of soil infiltration trenches for highway runoff control on the Island of Oahu, Water. 2018. Vol. 11(3) P. 1–19. doi: 10.3390/w10121832
  4. Tu M.C., Traver R. Clogging impacts on distribution pipe delivery of street runoff to an infiltration bed. Water. 2018. P. 1–14. doi: 10.3390/w10081045
  5. Toran L., Jedrzejczyk, C., Water level monitoring to assess the effectiveness of stormwater infiltration trenches. Environmental and Engineering Geoscience. 2017. P.1–14. doi: 10.2113/EEG-1802
  6. Developing Reasonable Assurance: A Guide to Performing Model - Based Analysis to Support Municipal Stormwater Program Planning: US EPA. 2017. Р. 51. URL: https://www.epa.gov/system/files/documents/2021-12/dev-reasonable-assur-guide-model-base-analys-munic-stormw-prog-plan-2017-02.pdf
  7. Improving Stormwater Program Monitoring, Evaluation, Tracking, and Reporting: Workshop Report and Recommendations. 2018. Р. 65. URL: https://www.epa.gov/sites/default/files/2018‑10/documents/improving_stormwater_program_monitoring-10-12-2018.pdf
  8. Better Assessment Science Integrating Point & Non-point Sources Modeling Framework: National Exposure Research Laboratory, RTP, North Carolina: URL: https://www.epa.gov/hydrowq/better-assessment-science-integrating-point-and-non-point-sources-basins
  9. Selbig W. R., Characterizing the distribution of particles in urban stormwater: advancements through improved sampling technology. Urban Water Journal. 2015. P. 1–11. doi: 10.1080/1573062X.2013.820334
  10. Rossman L., Huber W. Storm Water Management Model Reference Manual Volume I: US EPA Office of Research and Development, Washington, DC, 2015. 233 p. URL:https://cfpub.epa.gov/si/si_public_record_report.cfm?Lab=NRMRL&dirEntryId=309346
  11. Pitt R. E., Clark S. E., Eppakayala V. K., Sileshi R. Don’t throw the baby out with the bathwater: sample collection and processing issues associated with particulate solids in stormwater. Journal of Water management and Modeling. 2016. P 1–13. doi: 10.14796/JWMM.C416
  12. Petrucci G., Bonhomme C. The dilemma of spatial representation for urban hydrology semi-distributed modelling: trade-offs among complexity, calibration, and geographical data. Journal of Hydrology. 2014. P. 1–53. doi: 10.1016/j.
    jhydrol.2014.06.019
  13. Mercado J. M. R., Maniquiz-Redillas M. C., Kim L. H. Laboratory study on the clogging potential of a hybrid best management practice. Desalination Water Treat. 2015. P. 3127–3133. doi: 10.1080/19443994.2014.922287
  14. Kandra H. S., McCarthe D., Fletcher T. D., Deletic A. Assessment of clogging phenomena in granular filter media used for stormwater treatment. Journal of. Hydrology. 2014. P. 1–10. doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.03.009
  15. Segismundo E. Q., Koo B. H., Lee B. Effects of Media Breakage on Infiltration Characteristics in Stormwater Management System. Journal of the Korean Geotechnical Society. 2016. P. 31–41. doi: 10.7843/kgs.2016.32.2.31
  16. Segismundo E. Q., Kim L. H., Jeong S. M., Lee B. S. A Laboratory Study on the Filtration and Clogging of the Sand-Bottom Ash Mixture for Stormwater Infiltration Filter Media. Water. 2017. Р. 32. doi: 10.3390/w9010032
  17. Segismundo E. Q. Experimental Analysis of Particle Breakage and Clogging Potential for Granular Filter Media Used in Stormwater Management Systems. Master's thesis. 2016. P. 1–10. URL: https://hal.science/hal-03296735/document
  18. Mercado J. M. R., Maniquiz-Redillas M. C., Kim L. H. Assessment and development of design criteria for a hybrid stormwater treatment system. Desalination and Water Treatment. 2017. P. 418–424. doi: 10.5004/dwt.2017.11447
  19. Kandra H. S., Deletic A., McCarthy D. Assessment of Impact of Filter Design Variables on Clogging in Stormwater Filters. Water Resources Management. 2014. P.1873–1885. doi: 10.1007/s11269-014-0573-7
  20. Lee B., Kim L.H., Jeon P.G., Segismundo E. Modeling of Suspended Solid Clogging of Porous Media in Urban Stormwater Infiltration Facility. Journal Korean Society. 2014. P. 427–437. doi: 10.9798/KOSHAM.2014.14.6.427
  21. Operation and maintenance of infiltration trench. In Minnesota. Stormwater manual, 2016 532 р. URL: https://stormwater.pca.state.mn.us/index.php/

Operation_and_maintenance_of_stormwater_infiltration_practices

  1. El Mansouri B., Enhancement of groundwater potential by aquifer artificial recharge techniques. Climate change. 2015. P. 155–156. doi: 10.5194/piahs-366-155-2015
  2. Sadiki M. L., Improvement of groundwater resources potential by artificial recharge technique: a case study of charf el Akab aquifer in the Tangier region, Morocco. 2019. P. 224–236. doi: 10.19637/j.cnki.2305-7068.2019.03.003
  3. El Mezouary L. Coupling of numerical flow model with the Susceptibility Index method to assess the groundwater vulnerability to pollution. Water Resources. 2020. P. 1–5. doi: 10.1145/3399205.3399246
  4. El Mezouary L. Modélisation numérique de la variation saisonnière de la qualité des eaux souterraines de l'aquifère. Magra Italie. 2015. P. 25–31. doi: 10.1051/lhb/20150015
  5. Manual of Nonpoint Source Pollutant Treatment Facility: Korea. Ministry of Environment,2014.282 р. URL: https://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjtlaadkozje))/
    rference/referencespapers?referenceid=1347469
  6. Kandra H. S., McCarthy D., Fletcher T. D., Deletic A. Assessment of Clogging Phenomena in Granular Filter Media used for Stormwater Treatment, Journal of Hydrology. 2014. P. 518–527. doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.03.009
  7. Yong C. F., McCarthy D. T., Deletic, A. Predicting Physical Clogging of Porous Permeable Pavements, Journal of Hydrology. 2013. P. 48–55. doi: 10.1016/j.jhydrol.2012.12.009
  8. Atlabachew A.; Shu L.; Wu P.; Zhang Y.; Xu Y. Numerical modeling of solute transport in a sand tankphysical model under varying hydraulic gradient and hydrological stresses. Hydrogeololgy Journal. 2018. P. 2089–2113. doi: 10.1007/s10040-018-1758-6
  9. Мацак А. О. Підвищення рівня екологічної безпеки водних об’єктів шляхом зменшення впливу дощових стічних вод з урбанізованих територій: дисс канд. тех. наук: 21.06.01/ Український Науково-Дослідний Інститут Екологічних Проблем, Харків, 2021. 151 с. URL: https://uacademic.info/ua/document/0421U100725
  10. Rybalova O. V., Matsak А. O. Natural methods of surface runoff treatment. Third International Conference of European Academy of Science. Bohn, Germany. 2018. P. 85‑86. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/bitstream/123456789/8806/1/Natural%20methods%20of%20surface%20runoff%20treatment.pdf
  11. Matsak A., Tsytlishvili K. Using different filter media of stormwater treatment performace. Norwegian Journal of development of the International Science. 2018. Р. 19‑23. URL:https://www.calameo.com/read/005798408dafeae98e9ba
  12. Горбань Н. С., Зінченко І. В., Мацак А. О. Підвищення екологічної безпеки водних об’єктів шляхом використання методів попереднього очищення дощових стічних вод. Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки. 2015 С. 87–90. URL: http://www.niiep.kharkov.ua/node/2760
  13. ДСТУ 4082-2002 Паливо тверде. Ситовий метод визначання гранулометричного складу [Чинний від 2006-06-07] Київ, 2006. 24 с. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=75811
  14. РНД 03-05-2002 Методика виконання вимірювань масової концентрації завислих речовин: Харків, 2002. 15 с. URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/
    show/v0107508-04#Text