Работа посвящена изучению свойств активного ила локального очистного сооружения (ЛОС), его способности максимально полно очищать бытовые сточные воды в условиях Крайнего Севера. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений происходит под воздействием комплекса микроорганизмов, функционирующих в аэротенках. Учитывая климатические условия региона, при которых процессы разложения органических веществ замедлены, а также отсутствие контроля над эксплуатацией, эффективностью и безопасностью работы ЛОСов, представляется важным изучение физиологических особенностей бактерий, используемых при биологической очистке, их способностей максимально полно очищать бытовые сточные воды в условиях Арктического региона. Чрезмерное вмешательство в биосферные системы приводит к нарушению сбалансированности внутренних и внешних связей объектов экосистем. Целью исследования являлось изучение структуры и функционирования бактериоценоза активного ила ЛОС ТОПАС-5 от ГК "ТОПОЛ-ЭКО" в определенных физико-химических условиях среды обитания, а также установление полноты процесса очистки бытовой сточной воды на данном очистном сооружении. В работе изучены структура (количественный и качественный состав) и функционирование бактериоценоза активного ила ЛОС, действующего в условиях Арктического региона. Дана оценка полноты процесса очистки активным илом бытовой сточной воды на данном очистном сооружении. Результаты исследований позволили выявить и определить численность основных физиологических групп бактерий, принимающих участие в очистке бытовых сточных вод; выделить на экспериментальных средах культуры биофлокулянт-продуцирующих бактерий активного ила; оценить эффективность работы ЛОС в условиях Арктического региона.
Вестник Мурманского государственного технического университета
2017. — Выпуск 1(2)
Содержание:
Значительные объемы накопленных отходов горной промышленности уже в настоящее время создают серьезные экономические и экологические проблемы в горнопромышленных районах. Перемещения горной массы нарушают сложившееся геологическое равновесие, попадание реагентов и тяжелых металлов в природные поверхностные и подземные воды отрицательно воздействует на сложившиеся экосистемы и здоровье человека. Особенно опасно их воздействие в районах с экстремальными климатическими условиями, где вблизи горнодобывающих предприятий возникают обширные техногенные пустыни. В зарубежной научной литературе используют термины "acid mine drainage" (AМD) и "acid rock drainage" (ARD), обозначившие проблему закисления вод с объектов горнорудной промышленности, при котором происходит загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. AMD может происходить под влиянием следующих объектов горной промышленности: дренаж при подземных разработках полезных ископаемых; природные обнажения сульфидсодержащих пород и др. Изучены процессы, протекающие при взаимодействии шахтных вод с тонкодисперсными пылеватыми частицами, а также при фильтрации вод через толщу сульфидсодержащих горных пород. Показано, что снижение потенциальной экологической опасности шахтных вод рудника "Северный" АО "Кольская ГМК" достигается осаждением тяжелых металлов гидроксидами железа и гидросиликатами магния. Выполнена предварительная оценка возможности гидрометаллургической переработки вкрапленных медно-никелевых руд.
Ключевые слова
Приводятся результаты исследования сапропелевых отложений и подстилающих сапропели глин озера Грязное (Медвежьегорский район, Республика Карелия). Анализ немногочисленной опубликованной литературы и фондовых источников по запасам и качеству сапропелевого сырья указанного региона позволяет судить о важности изучения этого типа природных ресурсов. В данной работе делается акцент на исследование содержания тяжелых металлов в сапропеле с целью оценки экологического состояния водного объекта и перспективности использования его сапропелевых отложений с практической точки зрения. В работе использованы современные прецизионные методы исследования вещества. Химический анализ донных отложений оз. Грязное проводился при помощи рентгенофлуоресцентного спектрометра ARL ADVANT'X и масс-спектрометра XSeries-2 ICP-MS, гранулометрический состав озерных отложений определялся при помощи многофункционального анализатора частиц серии LS13 320. Таким образом, приводятся результаты исследования гранулометрического состава и содержание основных петрогенных компонентов донных отложений оз. Грязное и основные корреляционные закономерности, рассчитанные по полученным данным. Изученная колонка донных отложений карельского озера составляет 3,4 м, где мощность слоя сапропеля равна 3,1 м. Установлено, что содержание органического вещества сапропеля оз. Грязное составляет от 55,2 до 70,2 %. Согласно литературным данным изученный сапропель соответствует типу буровато-коричневых сапропелей, широко распространенных в Карелии и пригодных к практическому использованию различного рода. Содержание тяжелых металлов, определенных во всей толще сапропеля, не превышает установленных норм. Проведено сравнение уровня накопления тяжелых металлов в отложениях оз. Грязное с сапропелями оз. Ламба, расположенного в черте г. Петрозаводск; наглядно показано негативное воздействие антропогенной деятельности на урбанизированных территориях на ухудшение полезных свойств сапропелевых отложений малых озер Карелии.
Ключевые слова
Огромные объемы накопленных отвальных пород и хвостов обогащения в Мурманской области создают серьезные экономические и экологические проблемы. Поддержание отвалов вскрышных пород и хвостохранилищ требует значительных капитальных и материальных затрат. Вовлечение в переработку горнопромышленных отходов является перспективным современным направлением развития промышленности строительных материалов, в том числе теплоизоляционных пеностекольных. Изучена возможность утилизации кремнеземсодержащих отходов и побочных продуктов переработки руд Кольского полуострова. Разработаны составы и способы получения эффективных блочных и гранулированных пеностеклокристаллических материалов. Проведены исследования влияния модифицирующих добавок на технические свойства пеносиликатных материалов. Установлены условия получения качественных блочных пеноматериалов. При оптимальных условиях получены пеносиликаты с достаточно низкой плотностью (0.3-0.5 г/см³), высокой прочностью (до 5 МПа), теплопроводностью 0.09-0.107 Вт/(м·K). Предложены способы улучшения эксплуатационных характеристик пеносиликатов путем совершенствования их структуры. Установлено, что применение дополнительного кратковременного обжига зернистых образцов позволяет получить теплоизоляционный материал с прочностью гранул 5-6 МПа при плотности 0.25-0.35 г/см и прочностью при сдавливании в цилиндре 2.2-3 МПа, превышающей в 2-3 раза данное значение для материала с одноступенчатой термообработкой. Водопоглощение полученного материала составляет 5-6 %, что в два раза меньше, чем у материала, изготовленного без дополнительной термообработки. Коэффициент теплопроводности равен 0.091-0.096 Вт/(м·K). Полученные материалы могут быть рекомендованы для использования в качестве теплоизоляционного облицовочного и засыпного утеплителя чердачных перекрытий, полов и кровель при строительстве и реконструкции промышленных и гражданских зданий.
Ключевые слова
Объектом исследования данной работы является озеро Имандра - самый большой водоем Мурманской области. Водоем в течение длительного времени подвержен многофакторному влиянию предприятий горнодобывающей и горно-перерабатывающей промышленности региона, аэротехногенного загрязнения и энергетики. Кроме того, значителен вклад поступления коммунально-бытовых вод крупных населенных пунктов, расположенных на территории его водосбора. В результате в озере накопилось значительное количество загрязняющих и биогенных веществ, что привело к увеличению токсической нагрузки на водоем. Одной из основных экологических проблем стала интенсификация процессов антропогенного эвтрофирования. Целью данного исследования было оценить современный трофический статус озера Имандра с помощью трофического индекса (TSI) по среднегодовым значениям параметров: хлорофилла, азота общего, фосфора общего, общего органического углерода и проследить динамику изменений за более чем 20-летний период наблюдения. Изучение трофического состояния плесов озера Имандра за период 1991-2013 гг. производилось с использованием индексов трофического состояния, разработанных Карлсоном, Кратзером и Брезоником, Дунальской. Согласно рассчитанным значениям индексов плес Большая Имандра занимает эвтрофно-мезотрофный трофический статус, плес Йокостровская Имандра можно охарактеризовать как мезотрофный. Плес Бабинская Имандра, испытывающий наименьшую биогенную нагрузку, близок к олиготрофному трофическому статусу, но из-за влияния промышленных, хозяйственно-бытовых и подогретых вод КАЭС есть районы с мезотрофным состоянием. Поэтому данный плес также занимает переходное положение - с мезо-олиготрофным трофическим статусом. В настоящее время для всех изученных плесов лимитирующим фактором развития водорослей является азот. На основе математической модели Фолленвайдера для плесов озера рассчитаны величины критических фосфорных нагрузок, позволяющие контролировать поступление такого важного биогенного элемента как фосфор.
Ключевые слова
Определены численность и трофическое разнообразие бактерий в образцах процесса флотации апатит-нефелиновых и сульфидных медно-никелевых руд на обогатительных фабриках ОАО "Апатит" и Кольской ГМК. Изучение численности и разнообразия микробиоты проводилось методом посева на селективные питательные среды. Общая численность и биомасса бактерий учитывались методом флуоресцентной микроскопии с использованием поликарбонатных мембранных фильтров Cyclopore. Бактерии идентифицировались молекулярно-генетическим методом. Наименьшая численность как сапротрофных, так и других трофических групп бактерий наблюдалась в образцах руды и оборотной воды как на фабрике АНОФ-2, так и на комбинате "Печенганикель". Установлено, что бактерии, поступающие с рудой и оборотной водой, идущей с хвостохранилищ, увеличивают свою численность по ходу флотации за счет поступления питательных веществ с флотореагентами, аэрации и более высокой температуры. Из оборотной воды и основных продуктов флотации выделены штаммы, частота встречаемости которых составила более 60 %, они относятся к роду Pseudomonas. На ОАО "Апатит" обнаружены еще два штамма с частотой встречаемости более 60 %, относящиеся к родам Stenotrophomonas и Acinetobacter . Численность грибов в цикле обогащения апатит-нефелиновой руды на фабриках очень низкая (от 1 до 24 КОЕ/1 мл или 1 г руды). Доминировали грибы рода Penicillium , встречались грибы родов Acremonium , Aureobasidium , Alternaria , Chaetomium . На комбинате "Печенганикель" выделены виды Aspergillus fumigatus , Penicillium aurantiogriseum и P . glabrum . Обнаружено, что бактерии ухудшают флотируемость апатита за счет взаимодействия с активными центрами кальцийсодержащих минералов и интенсивной флокуляции, приводящей к снижению селективности процесса флотации. Также выявлена тенденция к изменению извлечения меди и никеля в процессе флотации сульфидных руд при высокой численности бактерий.
Ключевые слова
Низкий уровень комплексности переработки сырья на горно-обогатительных предприятиях отрицательно влияет на экологию, нанося значительный вред окружающей среде. Между тем многие техногенные отходы являются дешевой сырьевой базой для получения ликвидной продукции функционального назначения, в частности неорганических наполнителей, которые широко используются в производстве лакокрасочных и строительных материалов, бумаги, пластмасс, изолирующих и защитных материалов. Повышение эксплуатационных и физико-химических свойств материалов достигается оптимизацией их состава и дисперсности частиц. На примере одного из объектов исследования, полученного из отходов обогащения нефелиновой флотации, показано, что высокая степень гомогенизации смесей с получением тонкодисперсных (75 % - фракция до 3-4 мкм) композиционных наполнителей достигается методом ультраизмельчения порошков с использованием шаровой планетарной мельницы за короткий промежуток времени (менее 1 часа). При использовании других способов измельчения, например с помощью шаровых или вибрационных мельниц, такой эффект не достигается. В условиях ультраизмельчения происходит ионизация и аморфизация поверхностного слоя частиц порошкообразного материала (механоактивация), что повышает его активность при взаимодействии с органическими и неорганическими связующими, обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики. Полученный наполнитель испытан в составе терморегулируемых герметиков и клеев, используемых в авиационной промышленности, судостроении и электронике. Для получения таких материалов используются сфен и нефелин, содержащиеся в техногенных отходах обогащения апатито-нефелиновых руд Хибинского месторождения.
Ключевые слова
Фотохимическая теория процессов в нижней ионосфере сложна и до конца не разработана, поэтому введение эмпирических эффективных коэффициентов, определяющих суммарную скорость нескольких реакций, получило широкое распространение при моделировании D -области ионосферы. Экспериментальные возможности получения значений эффективного коэффициента рекомбинации достаточно ограничены. Один из методов, позволяющих определить эффективные коэффициенты рекомбинации, использует явление солнечного затмения. В основе этого метода лежит идея Э. Эплтона о подобии поведения линейной индуктивной цепи и изменения электронной концентрации в ионосфере на фиксированной высоте при отсутствии процессов переноса, изменении скорости образования электронов во времени и исчезновении свободных электронов за счет рекомбинации. По аналогии с постоянной времени электрической цепи Эплтон назвал реакцию ионосферы на процесс ионизации инерционностью ионосферы с характерной постоянной времени τ, которую называют также "временем релаксации" или просто "постоянной времени ионосферы". Во время солнечных затмений 11 августа 1999 г., 1 августа 2008 г., 11 июня 2011 г., 20 марта 2015 г. на установке частичных отражений, расположенной на радиофизическом полигоне "Туманный" (69.0 с. ш., 35.7 в. д.), проведены регистрации амплитуд отражения обыкновенной и необыкновенной волн. Исходя из полученных данных, рассчитано двумерное (время, высота) распределение электронной концентрация n на высотах D -области ионосферы. Это позволило определить поведение электронной концентрации во времени на выбранных высотах (временные профили электронной концентрации на выбранных высотах). На основе полученных экспериментальных профилей рассчитаны эффективные коэффициенты рекомбинации на высотах D- области ионосферы. Процессы переноса плазмы (например, распространение акустико-гравитационных волн, вертикальные движения) во время затмений повлияли на поведение временных профилей электронной концентрации на высотах D -области ионосферы. Это привело к тому, что на некоторых высотах D -области ионосферы определение эффективного коэффициента рекомбинации стало невозможным.
Ключевые слова
Целью работы является анализ эффективности модели MITgcm в моделировании изменчивости температурных полей в Таганрогском заливе. Авторами впервые рассмотрен вариант гидродинамического моделирования на базе MITgcm для этого залива. Данные о температуре воды in situ для сравнения с модельными данными получены в ходе двух совместных экспедиций Мурманского морского биологического института Кольского научного центра РАН и Южного научного центра РАН летом и осенью 2005 г. Шаг расчетной сетки согласован с шагом сетки станций контактных измерений: данные о температуре и солености воды, полученные в ходе рейсов, покрывают акваторию Таганрогского залива с дискретностью 2' по широте и 3' по долготе (и с шагом 4' и 6' соответственно для заведомо однородных по термохалинным характеристикам областей). Шаг по глубине составил 0,5 м. Данные для инициализации MITgcm и атмосферного форсинга взяты из открытых баз данных реанализа и атласов, отмечены их недостатки применительно к решаемой задаче. С целью упрощения формулировки граничных условий моделирование выполнено для всего Азовского моря. Проведена серия вычислительных экспериментов для определения оптимальных стартовой даты имитационного моделирования и инициализирующего константного температурного поля. Ввиду существенных временных затрат на каждый эксперимент оптимизационная задача решалась для очень ограниченного числа вариантов и с удвоенным шагом сетки (4' по широте и 6' по долготе). Найденные значения параметров использовались для решения исходной задачи верификации модельных данных по измеренным. В соответствии с тем, что рассмотрены результаты, полученные авторами на конкретной рабочей станции (персональной ЭВМ), сделан вывод о возможности имитационного моделирования с помощью MITgcm для реальных акваторий без использования специализированных высокопроизводительных вычислительных комплексов.
Ключевые слова
Исследованы уровни содержания следовых металлов (Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, Co, Pb, Cd, Hg) и мышьяка (As) в пробах донных отложений Баренцева моря на восьми станциях стандартного разреза "Кольский меридиан". Микроэлементы определялись на атомно-абсорбционном спектрофотометре АА-6800 с ртутно-гидридной приставкой HVG-1 фирмы Shimadzu (Япония) методами пламенной (ацетилен - воздух) и электротермической атомизации. К распространенным и очень токсичным микроэлементам относятся Pb, Cd, As и Hg. Считается, что 90 % свинца, 70-80 % кадмия и мышьяка, более 30 % ртути в атмосфере имеют антропогенное происхождение, причем выбросы этих элементов в атмосферу практически полностью производятся в Северном полушарии. Основными источниками их поступления в Баренцево море являются воды Северо-Атлантического течения и крупномасштабный атмосферный перенос из промышленно развитой Центральной Европы. Пространственное распределение содержания микроэлементов, как правило, хорошо согласуется с гранулометрическим составом донных отложений и содержанием в них органического углерода. Содержание большинства перечисленных микроэлементов в пробах донных отложений на разрезе "Кольский меридиан" по норвежской классификации соответствовало фоновым уровням за исключением Ni, Cr и As. Их содержание в донных отложениях на некоторых станциях соответствовало критериям "незначительное" и "умеренное" загрязнение. Полученные результаты подтверждают незначительные уровни загрязнения донных отложений некоторыми микроэлементами. На состояние запасов промысловых видов водных биологических ресурсов наблюдаемые уровни загрязнения донных отложений в исследованных районах Баренцева моря существенного влияния не окажут.
Ключевые слова
Вопросы изучения формирования качества поверхностных и подземных вод, их взаимодействия с горными породами, разработка основ их рационального использования и охраны имеют большое фундаментальное и прикладное значение. Проведена оценка влияния состава горных пород северной части Фенноскандинавского (Балтийского) щита на формирование химического состава поверхностных вод в приграничном районе Финляндии - России - Норвегии (оз. Инари, р. Паз) с помощью физико-химического моделирования (ПК "Селектор"). Для физико-химического моделирования были сделаны две выборки химических анализов наиболее распространенных пород, слагающих площадь водосбора, с учетом их процентного соотношения. Поскольку область водосбора преобладающего большинства водотоков, питающих озеро Инари, сложена породами Лапландского гранулитового пояса (ЛГП) и его обрамления, то это будет главная выборка (условное влияние их состава на химический состав вод около 80 %). Ко второй выборке относятся гнейсы, мигматиты, гранитогнейсы, граниты и кварцевые диориты, характерные для террейна Инари (условное влияние их состава на химический состав вод около 20 %). Установлено, что формирование химического состава поверхностных вод происходит в результате взаимодействия атмосферных осадков с интрузивными, метаморфическими и осадочными породами северной Фенноскандии, содержащими кларковые концентрации S, C, F, Zn, Ni, Pb, Cu. Показано, что в результате взаимодействия в системе вода - порода химический состав вод оз. Инари, а также верхнего и среднего течения р. Паз сформирован в результате выветривания гранулитов Лапландского гранулитового пояса и гранитоидов террейна Инари района северной Фенноскандии. Химический состав вод р. Паз в нижнем течении формируется в результате выветривания метаморфизованных вулканогенно-осадочных пород Печенгской структуры и влияния промышленных загрязнений.
Ключевые слова
На Мурманском побережье Баренцева моря широко распространена валунная литораль, в основном покрытая фукусовыми сообществами. Это один из наиболее продуктивных донных фитоценозов Баренцева моря. Длительная история изучения литоральных сообществ в то же время оставила открытым вопрос о динамике литоральных экосистем в связи с прибоем и штормами. Цель работы - выявить ведущие факторы, определяющие скорость абразии крупнообломочного материала и его обрастание водорослями-макрофитами на литорали Мурмана. Исследование проходило в губе Зеленецкая Баренцева моря на базе биостанции ММБИ КНЦ РАН. Оценку скорости абразии проводили в течение 2004-2013 гг., фитообрастания - 2009-2013 гг. На трех экспериментальных полигонах выставляли по 12 образцов крупнообломочного материала, которые экспонировали в течение года (с июля по июль следующего). Исследовали изменения массы самого образца, а также видовой состав и биомассу водорослей-обрастателей. Анализировали влияние интенсивности прибоя, температуры воды и воздуха (применяли однофакторный дисперсионный анализ ANOVA). Впервые показано, что на литорали Мурманского побережья абразия крупнообломочного материала определяется, прежде всего, количеством штормов, предложен штормовой коэффициент. Выявлено, что плотность обрастания валунов макроводорослями зависит в первую очередь от интенсивности прибоя и среднесуточного градиента температуры воздуха. Основу формирующихся фитоценозов составляют однолетние виды зеленых ( Acrosiphonia arcta , Blidingia minima , Spongomorpha aeruginosa ) и бурых водорослей ( Pylaiella littoralis , Dictyosiphon chordaria ). В фукусовых фитоценозах валунной литорали Мурманского побережья данные группировки встречаются повсеместно и, вероятно, являются промежуточной стадией обрастания крупнообломочного материала.
Ключевые слова
Седиментогенез в арктических заливах фьордового типа весьма специфичен и отличается от заливов умеренных и южных широт. В данном аспекте примечателен залив Грён-фьорд, осадконакопление в нем носит ряд характерных особенностей. В статье представлены результаты исследований в заливе Грён-фьорд (Западный Шпицберген). В основу статьи положены материалы полевых работ, выполненных в 2014-2016 гг. Цель работ в заливе Грён-фьорд - изучение особенностей осадконакопления в бассейне седиментации. Для этого выполнено восемь разрезов: из них три - во внутренней части залива (перпендикулярно берегу), один продольный разрез (по оси залива) и четыре - на литорали во внешней части залива. В общем, по разрезам отобрано 17 проб донных отложений и 17 проб поверхностного слоя осадка на литорали. Орудием отбора проб служили дночерпатели ван Вина и Петерсена. Расположение станций выбиралось с учетом геоморфологии дна и конфигурации залива. С целью определения механизма осадконакопления в регионе отобрано три колонки грунта, вскрытая мощность отложений составила до 104 см. Для получения кернов применялось ручное ударное бурение. В ходе работ установлено, что на литорали распространен гравийно-галечный материал с примесью разнозернистого песка. Тонкозернистый материал накапливается мористее. Гранулометрический состав в устьях водотоков изменяется по мере удаления от них. В устьевой зоне реки Грёндален, а также бухтах Варминга и Ларвика, процентная доля алеврито-пелитового материала увеличена. Во внутренней части залива по оси накапливается в основном алеврито-пелитовый материал, однако во внешней части залива процентная доля гравийно-галечного материала существенно возрастает. Вскрытая колонками толща отложений характеризуется слоистой текстурой. Слои отличаются друг от друга по мощности, цвету, плотности, плоскости залегания, контакту с выше- и нижележащими горизонтами, гранулометрическому составу, содержанию органики и различного рода примазок, степенью окатанности слагающих зерен.
Ключевые слова
На основе многолетних данных рассмотрена проблема оценки фоновых уровней содержания ряда тяжелых металлов (ТМ) в донных отложениях (ДО) Баренцева моря. С целью оценки современного состояния геохимического фона проведено сравнение содержания ТМ в ДО Баренцева и Восточно-Сибирского морей. Для решения задачи отделения естественного природного фона от техногенной составляющей использовали методы математической статистики и геопространственного анализа. Картографирование, включая геостатистический анализ, выполняли в среде ГИС-приложения Arcview 3.2 с применением специального подхода. В качестве базовой карты-подложки использована батиметрическая карта Баренцева моря, выполненная на основе собственных данных ПИНРО. Обработаны данные по 559 станциям в Баренцевом море и прилегающих акваториях, полученные в период с 1998 по 2015 гг. В результате исследований предложены фоновые значения содержания никеля, меди, хрома, цинка, свинца и ртути в ДО Баренцева моря. Выполнено сравнение результатов разных методических подходов к оценке фоновых значений: предложенного в настоящем исследовании и норвежских специалистов. Показано, что уровни содержания Ni и Cu в ДО Баренцева моря позволяют говорить о существовании региональной отрицательной геохимической аномалии по этим металлам. Представлена карта распределения контрастных геохимических аномалий изученных ТМ на акватории Баренцева моря. Сделан вывод об устойчивом техногенном загрязнении ДО прибрежной зоны Западного Мурмана и района выхода из Кольского залива. Происхождение других выявленных геохимических аномалий требует дальнейшего изучения.