Создание биологического пруда для очистки сточных вод. Биологические пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией (пневматической или механической), контактные, проточные, серийные (состоящие из каскада прудов) Пруд для очистки сточных вод

Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.

Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, - это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.

Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.

Очистка сточных вод в природных условиях

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения

Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.

Количество микроорганизмов в почве земледельческих полей орошения зависит от времени года. Зимой количество микроорганизмов значительно меньше, чем летом.

Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации. Земледельческие поля орошения после биологической очистки сточных вод, увлажнения и удобрения используют для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей, а также для посадки деревьев и кустарников.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м). При недостатке кислорода в пру¬дах начинают преобладать анаэробные процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые воды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

Часть территории земледельческого поля орошения отводят под резервное поле фильтрации, так как некоторые периоды года не допускают выпуск сточной воды на поля орошения.
В зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади на-мораживания.

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией составляет от 7 до 60 суток. Вместе со сточными водами из вторичных отстойников выносится активный ил, который является посевным материалом.

Пруды с искусственной аэрацией имеют значительно меньший объем, и требуемая степень очистки в них обычно достигается за 1-3 суток. Азрирующие устройства могут быть механического и пневматического типа.

При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение скорости окисления, которую оценивают по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.

Существуют разные варианты устройства прудов: серийные или каскадные, и непроточные. В непроточные пруды сточная вода подается после отстаивания и разбавления. Продолжительность пребывания воды в них составляет 20-30 суток. Качество очистки в непроточных прудах выше, чем в серийных.

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6°С. В зимнее время пруды не работают, их обычно опорожняют и могут использовать как накопители. Один раз в два - три года рекомендуется производить перепашку дна и посадку растительности.

Биологические пруды обладают небольшой стоимостью строительства и невысокими эксплуатационными расходами, в то же время они отличаются низкой окислительной способностью, сезонностью работы, большой занимаемой площадью, неуправляемостью, наличием застойных зон, трудностью чистки.

Очистка в биофильтрах

Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.

Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.

Биофильтры - искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка - это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биофильтры с объемной загрузкой подразделяются на капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты по конструкции, загружаются материалом мелких фракций высотой 1 м и имеют производительность до 1000 м3/сут, на них достигается высокая степень очистки. В высоконагружаемых фильтрах применяется больший размер кусков загрузки, а ее высота составляет 2-4 м.

Высота загрузки в башенных биофильтрах достигает 8-16 м. Два последних вида фильтров применяются при расходах сточных вод до 50 тыс.м3/сут как для полной, так и неполной биологической очистки.

Применяются также погружные (дисковые) биофильтры. Они представляют собой резервуар, в котором имеется вращающийся вал с насаженными на него дисками, попеременно контактирующими со сточной водой и воздухом.

Биотенк-биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах - биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.

По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция - возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.

Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.

Очистка в аэротенках

Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках - прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

Аэротенки используются в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки.

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных стен коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Нагрузка загрязнений на ил и скорость окисления загрязнений практически неизменны по длине сооружения. Они наиболее пригодны для очистки концентрированных (БПКп до 1000 мг/л) производственных сточных вод при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнений. В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Аэротенк имеет 3-4 коридора. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Нагрузка загрязне¬ний на ил и скорость окисления изменяются от наибольших значений в начале сооружения до наименьших в его конце. Такие сооружения применяются в том случае, если обеспечивается достаточно легкая адаптация активного ила. В аэротенках с рассре доточенной подачей воды по его длине единичные нагрузки на ил уменьшаются и становятся более равномерными. Такие сооружения используются для очистки смесей промышленных и городских сточных вод.

Работа аэротенка неразрывно связана с нормальной работой вторичного отстойника, из которого возвратный активный ил непрерывно перекачивается в аэротенк. Вместо вторичного отстойника для отделения ила от воды может быть использован флотатор.

Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Основные технологические схемы очистки сточных вод в аэротенках. а — одноступенчатый аэротенк без регенерации; б — одноступенчатый аэротенк с регенерацией; в — двухступенчатый аэротенк без регенерации; г — двухступенчатый аэротенк с регенерацией; 1 — подача сточной воды; 2 — азротенк; 3 — выпуск иловой смеси; 4 — вторичный отстойник; 5 — выпуск очищенной воды; 6 — выпуск отслоенного активного ила; 7 — иловая насосная станция; 8 — подача возвратного активного ила; 9 — выпуск избыточного активного ила; 10 — регенератор; 11 — выпуск сточных вод после первой ступени очистки; 12 — аэротенк второй ступени; 13 — регенератор второй ступени.

В одноступенчатой схеме без регенератора нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков. При наличии регенератора в нем заканчиваются процессы окисления и ил приобретает первоначальные свойства. Двухступенчатая схема применяется при высокой исходной концентрации органических загрязнений в воде, а также при наличии в воде веществ, скорость окисления которых резко различается. На первой ступени очистки БПК сточных вод снижается на 50-70 %.

Для обеспечения нормального хода процесса биологического окисления в аэротенк необходимо непрерывно подавать воздух. При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.

При механической аэрации перемешивание осуществляется механическими устройствами (мешалками, турбинками, щитками и т.п.), которые обеспечивают дробление струй воздуха, вовлеченного непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором).

Пневматическую аэрацию, при которой воздух нагнетается в аэротенк под давлением, подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырчатую (1 - 4 мм), среднепузырчатую (5-10 мм), крупнопузырчатую (более 10 мм), В качестве распределительного устройства для воздуха в мелкопузырчатой системе аэрации применяются диффузоры, изготовленные из керамики. Пластмассы, ткани в виде фильтросных пластин, трубок, куполов. Для получения среднепуэырчатой аэрации применяют перфорированные трубы, щелевые и другие устройства. Крупнопузырчатая аэрация создается открытыми трубами, соплами и т.п.

Современный аэротэнк - это гибкое в технологическом отношении сооружение, представляющее собой железобетонный резервуар коридорного типа, оборудованный аэрационной системой. Рабочую глубину аэротенков принимает от 3 до 6 м, отношение ширины коридора к рабочей глубине от 1:1 до 2:1. Для аэротенков и регенераторов количество секций должно быть не менее двух; при производительности до 50 тыс.м3/сут назначается 4-6 секций, при большей производительности 8-10 секций, все они рабочие. Каждая секция состоит из 2-4 коридоров.

Окситенки

Окситенки - это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.

Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.

Конструктивная схема окситенка представлена на рисунке 3. Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

Рисунок 3 — Конструктивная схема окситенка

В средней части цилиндрической перегородки прорезаны окна для перемещения иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель, в нижней части — для поступления возвратного ила в зону аэрации. В зону аэрации с помощью турбоаэратора подается кислород.

Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэратором, иловая смесь через окна поступает в илоотделитель, в котором жидкость движется по окружности; при этом происходит интенсивное отделение и уплотнения ила. Очищенная вода проходит через слой взвешенного активного ила, доочищается от различных загрязнений, поступает в сборный лоток и отводится по трубке. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна поступает в камеру аэрации.

Кроме рассмотренных сооружений биологической очистки для этих же целей могут быть использованы погружные биофильтры, аэротенки с заполнителями, анаэробные биофильтры. В этих сооружениях активный ил частично находится во взвешенном состоянии, а частично — в прикрепленном к материалу загрузки, т. е. они занимают промежуточное положение между аэротенками и биофильтрами.

Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн 4-5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами броже¬ния являются: спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО2, Н2, СН4).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метано-вой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы.

Процесс брожения проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах, для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рисунке 4.

Рисунок 4 — Метантенк

Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.

Основными параметрами аэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведут в мезофильных (30 - 35 °С) и термофильных (50 - 55 °С) условиях. Метантенк представляет собой железобетонный резервуар с коническим днищем, снабженный устройством для улавливания и отвода газа, а также оборудованный подогревателем и мешалкой. Применяются метантенки диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Перемешивание производится механическими мешалками или гидравлическими насосами. Использование для этой цели насосов основано на перекачивании донных слоев осадка в верхние. Это приводит к рыхлению бродящей массы, т.к. в процессе перемешивания происходит выделение газа. Впуск и выпуск осадков производится с помощью насосов.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных сточных вод, содержащих доступные для микроорганизмов органические вещества.

Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химической, природы. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8-7,2. Снижают эффективность сбраживания присутствие катионов тяже¬лых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NH4+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый, В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание.

Основным условием работы метантенка является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению. Сброженный осадок получают в пусковой период очистного сооружения. Для сокращения пускового периода в сооружение вводят зрелый осадок из работающего метантенка или из других источников, например, из канализационных колодцев, так как свежий осадок сбраживается очень медленно (до 6 месяцев). При соотношении 2:1 зрелого осадка к свежему происходит сравнительно быстрая адаптация микроорганизмов к данному загрязнению и резкому сокращению пускового периода.

Пусковой период сопровождается кислым брожением при котором в иловой жидкости накапливаются летучие жирные кислоты, снижается рН, исчезает щелочность. Вся бродящая масса приобретает неприятный запах из-за выделения индола, скатола и меркоптана и серый цвет. В газообразной фазе появляется сероводород, убывает содержание метана и возрастает количество СО2.

Разлагающаяся часть осадка сточных вод состоит главным образом из углеводов, жиров и белковых веществ. Находясь в одинаковых условиях, эти составные части осадка минерализуются с различными скоростями и достигают различной величины разложения. Возбудителями метанового брожения в метантенке являются те же группы микробов, которые участвуют в минерализации органического вещества в двухярусном отстойнике. Только в метантенке эти процессы протекают более напряженно из-за того, что в нем создаются благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ; процессы осмотического всасывания и удаления ненужных веществ из клеток протекает быстрее, чем у мезофиллов. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.

Процессы распада можно ускорить введением в бродящую массу концентрированных «биокатализаторов», которые состоят из смеси энзимов, выделяемых бактериями, разлагающими органическое вещество.

При брожении в метантенках из одного кубометра твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м3 газа, который в среднем содержит 63-65% метана, 32-34% СО2. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей.

Осадок твердой фазы, не разрушенной при брожении, содержат минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений, поэтому его можно использовать как удобрение. Кроме того сброженный осадок используют в виде топлива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а затем формуют в топливные брикеты.

Широкое использование биохимического метода обусловлено:

Возможностью удалять из сточных вод разнообразные органические и некоторые неорганические соединения, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии, в том числе и токсичные;
Простатой аппаратурного оформления;
Относительно невысокими эксплуатационными затратами;
Глубиной очистки

К недостаткам метода относятся:

Высокие капитальные затраты;
Необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки;
Токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений;
Необходимостью разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Для определения возможности подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения устанавливают максимальную концентрацию токсических веществ, которые не влияют на процессы биохимического окисления и на работу очистных сооружений. При отсутствии таких данных возможность биохимического окисления устанавливается по биохимическому показателю: при отношении БПК п/ХПК > 50 % вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов. Биохимическую очистку считают полной, если БПКп сточной воды <20 мг /л и неполной, если БПКп > 20 мг /л.

Искусственные или естественные водоемы, используемые для очистки сточных вод под воздействием природных процессов самоочищения.

Они могут применяться в качестве самостоятельных сооружений биохимической очистки и в сочетании с аэротенками или биофильтрами для доочистки очищенных в них сточных вод.

Преимуществами биопрудов

низкие строительные и эксплуатационные затраты;

высокое качество очистки при условии эффективного илоотделения;

высокая стабилизация ила;

буферная способность при залповых сбросах сточных вод и колебаниях рН и температуры;

достаточная степень обеззараживания сточных вод и изъятия из них биогенных веществ.

Недостатки биопрудов

зависимость работы от климатических условий;

высокая потребность в заливных площадях из-за низкой скорости окисления загрязняющих веществ;

необходимость периодической очистки;

затруднения с отделением и отведением ила при высоких нагрузках.

В биопрудах при очистке сточных вод осуществляется полный природный цикл разрушения органических веществ. При этом на процесс очистки оказывают влияние многие факторы, к которым можно отнести:

Осаждение органических веществ;

Отмирание и размножение водорослей;

Сезонные и суточные колебания температуры;

Небольшая глубина проникания солнечных лучей в воду и т. д. Воздействие этих факторов существенно затрудняет поддержание

равновесия между самоочистной способностью прудов и поступающей в них массой органических веществ. В результате нарушения этого равновесия в биопрудах могут создаваться аэробные или аэробно-анаэробные условия. В зависимости от поддерживаемых в сооружении условий окисления органических веществ биологические пруды подразделяют на:

- аэрируемые, которые постоянно работают в аэробных условиях;

- факультативные или аэробно-анаэробные, которые работают в переменных условиях или в которых есть аэробные и анаэробные зоны.

При работе прудов не следует допускать образования и развития постоянных анаэробных процессов, т.к. в этом случае выделяются неприятные запахи и размножаются комары и мошки.

Аэробные условия в биологических прудах могут быть созданы двумя путями:

Естественная аэрация (естественное поступление кислорода из атмосферы и за счет фотосинтеза);

Искусственная аэрация (принудительная подача воздуха в воду путем применения той или иной системы аэрации).

Величина БПКполн сточных вод, подавляемых в биологические пруды

Тип аэрации

Естественная

Искусственная

Величина БПКполн подаваемых в биопруды сточных вод, мг/л, не более

Очистка сточных	Доочистка сточных

Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

Допустимые расходы сточных вод, подаваемых в биопруды, м3 /сут, не

Тип аэрации

	Очистка сточных	Доочистка сточных

Естественная


Искусственная		Не ограничены
		Не ограничены

Биопруды следует устраивать на нефильтрующих или слабофильтрующих грунтах. При неблагоприятных в фильтрационном отношении грунтах следует осуществлять противофильтрационные мероприятия, т.е. гидроизоляцию сооружений. По отношению к жилой застройке их располагают с подветренной стороны господствующего направления ветра в теплое время года. Направление движения воды в них должно быть перпендикулярным этому направлению ветра.

Котлованы биологических прудов устраиваются с использованием, по возможности, естественных понижений рельефа местности. Форму прудов в плане принимают в зависимости от типа аэрации, а именно: при естественной, механической и пневматической аэрациях – прямоугольной; при использовании самодвижущихся аэраторов – круглой. В прямоугольных сооружениях рекомендуются плавные скругления углов для предотвращения образования в них застойных зон. Радиус этих скруглений должен быть не менее 5 м. Кроме того, в прудах с естественной аэрацией с целью обеспечения гидравлического режима движения воды, близкого к условиям полного вытеснения, отношение длины сооружения к его ширине должно составлять не менее 20, а при меньших значениях этого отношения рассредоточенные впуски и выпуски сточных вод. При искусственной аэрации соотношение сторон секций может быть любым, но при этом скорость движения воды, поддерживаемая аэраторами, в любой точке пруда должна быть не менее 0,05 м/с.

Поля орошения

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

1) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
2) исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
3) обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
4) вовлекаются в сельскохозяйственный оборот мало продуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2-0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые поды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

[принимают равными 5-20 м 3 (га*сут)]

B зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади намораживания Fн (в м 2):

где Q - расход сточных вод, м 3 /сут; Tн - число дней намораживания; ? - коэффициент, характеризующий величину зимней фильтрации; hн и hо - высоты слоев соответственно намораживания и зимних осадков, м; ?л - плотность льда, кг/м 3 .

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода.

Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией.

Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

Биопруды создаются искусственно возле предприятий нефтехимической, коксохимической, нефтедобывающей промышленности, и в местах целлюлозного производства. Это заглубленные очистные водоемы, огражденные дамбой или плотиной.

Биологические пруды с загрязненными отходными водами от предприятия строятся в местах, непригодных для ведения сельского хозяйства. Как правило, это овраги, склоны террас. Каждое очистное сооружение ограждается в целях безопасности дамбой, а если находится в глубоком овраге – плотиной.

Пруды-отстойники являются причиной загрязнения сточных вод, биологами ведется борьба с цветением этих водоемов. Вода химическим образом осветляется. В прудах происходят естественные процессы самоочищения и аэрации сточных вод.

Условия хранения сточной воды

Биологический пруд должен хранить в себе только стоки тех вод, которые не меняют своих качеств на протяжении всего срока хранения. Необходимо все же следить за отсутствием загрязнения водоема илом. Водоем для хранения сточных отходов должен функционировать временным, а не постоянным образом.

Подчеркивается, что особых требований к построению очистного пруда не имеется. Водоем площадью до 50.000 м3 засаливает подземные чистые русла на расстоянии нескольких квадратных километров.

Необходимо отметить, что, по оценкам специалистов ЛИСИ, в настоящее время очистной пруд строится объемом до 40.000 м3. Каждый биологический пруд-отстойник очень загрязняет воздух, выделяя в него активные химические вещества.

Принцип построения пруда для сточных вод

Технология возведения пруда

Пруд-накопитель по технологическим требованиям должен состоять из 2-х частей. Первая занимает 20% объема всего пруда и служит для фильтрации и отстаивания частиц продукции нефтепереработки. Вторая часть, объемом 80%, функционирует как своеобразный аккумулятор.

Следует обратить внимание, что в качестве пруда-накопителя может быть использовано заболоченное озеро или болото, если рядом находится водопроводный слив сточных вод и большая площадь земельных угодий.

Метод использования биологического заболоченного озера экономически выгоден, но водопроводные осадки приобретают в болоте тиксотропное состояние, пруд покрывается твердой коркой, известь не помогает устранить проблему, поэтому пруд-хранилище должен быть временным вариантом.

Пруд-станция строится с учетом уровня воды в близлежащем природном водоеме в период половодья. Берутся данные за последние 10 лет. Аридная (пустынная) зона строительства прудов по собранию стоков в холодное время года может значительно повысить плодородность земли и урожайность при устройстве продуманной дренажной сточной системы.

Тип очистной постройки

Тип очистного сооружения определяется в зависимости от природы осадков в сточных водах. Биологические накопители подразделяются на однофазные и двухфазные. В однофазные накопители отправляются осадки промышленности с ярко выраженной окраской и сильным запахом, содержащие соли, которые не поддаются переработке, в двухфазные – осадки в виде водяной суспензии, содержащие минералы и органические вещества, которые могут быть отделены.

Гидроотвалы – хранители стоков

Гидроотвалами служат сооружения — станции, предназначенные для хранения пульпы. Пульпой является мелкоизмельченная суспензия воды и горной породы. Пульпа бывает в виде:

грубой суспензии;
тонкой суспензии;
ила (шлама);
коллоидного раствора.

По типу рельефа дна биологические гидроотвалы-пруды подразделяются на:

специально возводимые и огороженные дамбой или плотиной;
расположенные в пойме реки, обвалованные с 3-4 сторон;
низинные, равнинные пруды;
карьерные биопруды;
возводимые в местах естественного углубления рельефа;
котлованные и котловинные пруды.

Характеристика гидроотвалов

Гидроотвалы по высоте бывают низкими, до 12 метров, средними, от 12 до 35 метров, высокими, от 35 метров и выше. Сооружение-станция должно содержать в себе обвалованную дамбу, водосборные приспособления и дренажные системы. Небольшого объема поверхностные воды на территории биологического гидроотвала собираются водосборной установкой, а большие паводковые воды – при помощи специального водопропускного механизма.

Иловая площадка строится в естественном месте понижения рельефа либо возводится искусственным образом. Станция предназначена для выпаривания воды из осадков и изъятия необходимых остатков, подлежащих переработке. Представляет собой углубление, обвалованное дамбой с 2 – 3 сторон с дорогами для возможности подъезда транспорта и автотехники с целью изъятия остатков отвалов работниками, пересмотра и упаковки для дальнейшей транспортировки.

Иловая площадка для накопления стоков

Биологическая иловая площадка-станция строится из нескольких иловых карт с задвижками, водоспускными трубами, дренажом для сточных систем. Иловые карты располагаются в ряд друг с другом под определенным углом наклона, что соответствует технической эксплуатации каждой карты. Покрытие сточными водами единоразово всех карт недопустимо. Карты покрываются водой с отходами в определенном порядке: на 25-35 см летом и на 15 см зимой ниже верхнего уровня обвалочной дамбы.

Трубы, задвижки, лотки осматриваются сотрудниками не реже, чем раз в 5 дней. Полезные остатки изымаются с карт после того, как сточная вода полностью сойдет в яму и перейдет в дренажную систему, а остатки подсохнут. Вода из ямы удаляется посредством действия водоочистных сооружений. Устройства для развода площадок и их каналы промываются чистой водой после каждого наложения осадков. В зимний период раздвижной открытый лоток покрывается несколькими щитами от вод.

Особенность хвостохранилища и водоема — испарителя

Хвостохранилище представляет собой водоем-накопитель жидких промышленных стоков и вод, содержащих полезные ископаемые (хвосты), пригодные для вторичной переработки с применением технологии биологического обогащения. По мере надобности строят вторичные дамбы в дополнение основной. Воду в накопителе осветляют. Дамбы против вод возводятся насыпным образом.

Пруд-испаритель имеет в основе дамбу обвалования и естественное природное углубление рельефа. В основание пруда закладывается противофильтрационная пленка из влагонепроницаемого материала, которая заглубляется до уровня глины под землей. Пруды-испарители различаются между собой в зависимости от геологических, климатических, условий местности и сточных вод. По типу рельефа бывают:

овражные пруды;
пойменные пруды;
равнинные;
котлованные.

Возведение шламохранилища

Шламохранилище представляет собой огромных размеров земляной пруд до десятков тысяч м3, обвалованный дамбой с защитным гребнем, снабженный системой водосбора и водоотведения. Гребень должен быть оборудован системой кюветов для подачи и отвода вод.

Данная система устроена по принципу действия аналогичной в хвостохранилище. Шламохранилище предназначено для отсеивания и вторичной переработки отходов нефтяной промышленности. Стоки вод представляют собой суспензию взвешенных нефтяных частиц.

Технология возведения очистных водоемов

Особо отмечается технология постройки очистных водоемов согласно нормам и природоохранным законам, действующим в РФ.

Все гидротехнические сооружения должны быть построены по проектам, разработанным в определенном порядке, и прошедшим экспертизу согласно Постановлению Госдумы РФ от 7 декабря 2000 года:

Владелец гидросооружения перед началом строительства должен предоставить в Госгортехнадзор проект постройки очистного сооружения, который соответствует нормативным требованиям.
Владелец гидросооружения несет полную ответственность за:
сам пруд,
коммуникацию,
подходы и подъезды к гидросооружению,
подводимую дренажную систему,
водосборные и водозаборные системы отвода вод,
качество воды, сбрасываемой в открытый водоем.
Собственник гидросооружения должен предоставить в контролирующий орган план ликвидации аварии после:
- устранения водоема-накопителя,
- возникновения проблем с водосборной системой,
- разлития загрязненных вод по прилегающей к пруду территории.

Нормативный закон предполагает мониторинг гидросооружения с целью предупреждения возможной аварии и определения уровня загрязненности окружающей территории.
Руководство гидросооружения обязано разработать для контролирующего органа план по эксплуатации очистного сооружения, инструкцию для местного пользованием прудом, инструкцию по технике безопасности, служебные инструкции для всего рабочего персонала.
Руководство мелких и средних по объему накопителей может разработать и утвердить план по ликвидации аварий в составе плана локализации аварии на всем обслуживающем предприятии или его подразделения.

Если в зоне разлива токсичных вод, планируемой техническим проектом, находятся жилые помещения или объекты науки, образования, медицины, их надо немедленно перенести из указанной зоны.

Причины и условия ликвидации водоема

Накопитель, после заполнения его до верхней рабочей отметки, подлежит консервации (ликвидации). Для этой цели необходимо получить экспертное заключение из Госгортехнадзора о состоянии хранилища и его влиянии на окружающую среду, а также разработать план по ликвидации самого очистного сооружения в соответствии с заключением экспертов. Накопитель ликвидируется в случае:

нахождения его в жилой зоне;
переполнения его токсичными отходами, когда противофильтрационные пленки и средства не сдерживают их, а загрязненная вода просачивается в землю, отравляя чистые источники.

Проект по ликвидации гидросооружения должен выполняться организацией, имеющей лицензию по его строительству. Проектом должны предусматриваться требования по сохранению безопасности окружающей среды и промышленного предприятия. Безопасность консервации объекта обеспечивает владелец или использующая гидросооружение организация в соответствии с заключением экспертной комиссии и специалистов Ростехнадзора.

Одной из наиболее актуальных проблем экологии на сегодняшний день является очистка разнообразных сточных вод, загрязненных различными экотоксикантами. Существует ряд путей решения данной проблемы, одним из которых является разработка и внедрение биологических методов очистки и доочистки стоков. Эти методы основываются на практически неограниченной способности живых организмов использовать многообразие веществ, содержащихся в сточных водах, в процессах жизнедеятельности.

Биологической очистке подвергаются стоки, в основном загрязненные веществами органической природы и биогенными элементами, а также характеризующиеся высоким содержанием взвешенных веществ. Биологические методы хорошо себя зарекомендовали в системе очистки коммунально-бытовых стоков, как наиболее экологически и экономически выгодные. Они применяются для очистки сточных вод предприятий молочно-консервной, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности, в животноводстве и т.п.

Аэробная очистка сточных вод

Биологическая переработка отходов опирается на ряд дисциплин: биохимию, генетику, химию, микробиологию, вычислительную технику. Усилия этих дисциплин концентрируются на трех основных направлениях:
- деградация органических и неорганических токсичных отходов;
- возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора, азота и серы;
- получение ценных видов органического топлива.

При очистке сточных вод выполняют четыре основные операции:
1. При первичной переработке происходит усреднение и осветление сточных вод от механических примесей (усреднители, песколовки, решетки, отстойники).
2. На втором этапе происходит разрушение растворенных органических веществ при участии аэробных микроорганизмов. Образующийся ил, состоящий главным образом из микробных клеток, либо удаляется, либо перекачивается в реактор. При технологии, использующей активный ил, часть его возвращается в аэрационный тенк.
3. На третьем (необязательном) этапе производится химическое осаждение и разделение азота и фосфора.
4. Для переработки ила, образующегося на первом и втором этапах, обычно используется процесс анаэробного разложения. При этом уменьшается объем осадка и количество патогенов, устраняется запах и образуется ценное органическое топливо - метан.

На практике применяются одноступенчатые и многоступенчатые системы очистки. Одноступенчатая схема очистки сточной воды представлена на рисунке:

Принципиальная схема очистных сооружений:
1 - пескоуловители; 2 - первичные отстойники; 3 - аэротенк; 4 - вторичные отстойники; 5 - биологические пруды; 6 - осветление; 7 - реагентная обработка; 8 - метатенк; АИ - активный ил.

Сточные воды поступают в усреднитель, где происходит интенсивное перемешивание стоков с различным качественным и количественным составом. Перемешивание осуществляется за счет подачи воздуха. В случае необходимости в усреднитель подаются также биогенные элементы в необходимых количествах и аммиачная вода для создания определенного значения рН. Время пребывания в усреднителе составляет обычно несколько часов. При очистке фекальных стоков и отходов нефтепереработки необходимым элементом очистных сооружений является система механической очистки - песколовки и первичные отстойники. В них происходит отделение очищаемой воды от грубых взвесей и нефтепродуктов, образующих пленку на поверхности воды.
Биологическая очистка воды происходит в аэротенках. Аэротенк представляет собой открытое железобетонное сооружение, через которое проходит сточная вода, содержащая органические загрязнения и активный ил. Суспензия ила в сточной воде на протяжении всего времени нахождения в аэротенке подвергается аэрации воздухом. Интенсивная аэрация суспензии активного ила кислородом приводит к восстановлению его способности сорбировать органические примеси.

В основе биологической очистки воды лежит деятельность активного ила (АИ) или биопленки, естественно возникшего биоценоза, формирующегося на каждом конкретном производстве в зависимости от состава сточных вод и выбранного режима очистки. Активный ил представляет собой темно-коричневые хлопья, размером до нескольких сотен микрометров. На 70% он состоит из живых организмов и на 30% - из твердых частиц неорганической природы. Живые организмы вместе с твердым носителем образуют зооглей - симбиоз популяций микроорганизмов, покрытый общей слизистой оболочкой. Микрооганизмы, выделенные из активного ила относятся к различным родам: Actynomyces, Azotobacter, Bacillus, Bacterium, Corynebacterium, Desulfomonas, Pseudomonas, Sarcina и др. Наиболее многочисленны бактерии рода Pseudomonas, о всеядности которых упоминалось ранее. В зависимости от внешней среды, которой в данном случае является сточная вода, та или иная группа бактерий может оказаться преобладающей, а остальные становятся спутниками основной группы.

Анаэробные системы очистки

Как уже упоминалось, избыток активного ила может перерабатываться двумя способами: после высушивания как удобрение или же попадает в систему анаэробной очистки. Такие же способы очистки применяют и при сбраживании высококонцентрированных стоков, содержащих большое количество органических веществ. Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах - метатенках.
Распад органических веществ состоит из трех этапов:
- растворение и гидролиз органических соединений;
- ацидогенез;
- метаногенез.
На первом этапе сложные органические вещества превращаются в масляную, пропионовую и молочную кислоты. На втором этапе эти органические кислоты превращаются в усксусную кислоту, водород, углекислый газ. На третьем этапе метанообразующие бактерии восстанавливают диокись углерода в метан с поглощением водорода. По видовому составу биоценоз метатенков значительно беднее аэробных биоценозов.
Насчитывают около 50 видов микроорганизмов, способных осуществлять первую стадию - стадию кислотообразования. Самые многочисленные среди них - представители бацилл и псевдомонад. Метанообразующие бактерии имеют разнообразную форму: кокки, сарцины и палочки. Этапы анаэробного брожения идут одновременно, а процессы кислотообразования и метанообразования протекают параллельно. Уксуснокислые и метанообразующие микроорганизмы образуют симбиоз, считавшийся ранее одним микроорганизмом под названием Methanobacillus omelianskii.

Процесс метанообразования - источник энергии для этих бактерий, так как метановое брожение представляет собой один из видов анаэробного дыхания, в ходе которого электроны с органических веществ переносятся на углекислый газ, который восстанавливается до метана. В результате жизнедеятельности биоценоза метатенка происходит снижение концентрации органических веществ и образование биогаза, являющегося экологически чистым топливом. Для получения биогаза могут использоваться отходы сельского хозяйства, стоки перерабатывающих предприятий, содержащих сахар, бытовые отходы, сточные воды городов, спиртовых заводов и т.д.
Метатенк представляет собой герметичный ферментер объемом в несколько кубических метров с перемешиванием, который обязательно оборудуется газоотделителями с противопламенными ловушками. Метатенки работают в периодическом режиме загрузки отходов или сточных вод с постоянным отбором биогаза и выгрузкой твердого осадка после завершения процесса. В целом, активное использование метаногенеза при сбраживании органических отходов - один из перспективных путей совместного решения энергетических и экологических проблем, который позволяет агропромышленным комплексам перейти на автономное энергообеспечение.

Биоочистка служит завершающим этапом после механической и физико-химической очистки, после чего воды соответствующего качества спускают в природные водоемы или на рельеф.

Биологические пруды, являясь конечным звеном в процессах биологической очистки стоков, окончательно формируют качество воды, сбрасываемой в водные объекты. Наличие в системе очистных сооружений биопрудов позволяет в значительной мере сгладить отрицательное влияние слабоочищенных стоков на водные бассейны.

Особое внимание необходимо уделять наличию и эффективной работе биологических прудов там, где очистные сооружения работают неудовлетворительно. В первую очередь, это относится к тем предприятиям, где биологические пруды являются практически единственными действующими элементом в системе очистки.

На данный момент в практике очистки хозбытовых и промышленных сточных вод большинство биологических прудов переведены в бессточный режим. Тем самым практически полностью прекратился поверхностный сброс воды в природные водоёмы. Это положительно повлияло на экологическое состояние средних и малых водных бассейнов, значительно замедлив их эвтрофикацию.