Биологические пруды. Биологическая очистка сточных вод

Доочистка сточных вод в прудах происходит как за счет дополнительного более продолжительного и глубокого отстаивания, так и за счет биологических процессов (в теплое время года). В настоящее время пруды эксплуатируются на сооружениях канализации ряда промышленных предприятий (Кстово, Северодонецк, Караганда, 1 озополоцк и др.).[ ...]

Наблюдения за работой естественно аэрируемых прудов на Ново-Горьковском нефтеперерабатывающем заводе, проведенные кафедрой канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева совместно с лабораторией завода, позволили установить причины низкой эффективности таких прудов и показали целесообразность применения и русственной аэрации. Для этой цели была разработана и применена конструкция плавающего аэратора поверхностного типа.[ ...]

На рис. 6.11 показаны аэрируемые биологические пруды, предназначаемые для доочистки сточных вод. Пруды запроектированы на площади 7,25 га при глубине 3 м. Нагрузка на 1 га -3448 м3/сут, продолжительность пребывания воды в прудах - 8,7 сут. Пруды имеют две секции, каждая секция состоит из пяти ступеней. Между ступенями и секциями имеются перепуски. Первые четыре ступени прудов оборудуются механическими аэраторами, пятая ступень - отстойная. Эффект очистки по БПК20 -до 75%, по взвешенным веществам -до 80%.[ ...]

Аэрируемые биологические пруды применяются и с рециркуляцией активного ила, что позволяет значительно повысить интенсивность процесса очистки. Применение рециркуляции целесообразно при концентрации поступающей СТОЧНОЙ ВОДЫ по БПКполн выше 300 мг/л.[ ...]

Аэрируемые биологические пруды могут предназначаться также для доочистки сточных вод молочной, мясной и дрожжевой промышленности с концентрацией загрязнений по БПКполн До 40-60 мг/л во И, III и IV климатических районах. Продолжительность доочистки сточных вод в аэрируемых прудах может определяться так же, как и продолжительность очистки сточных вод в прудах, причем эффект очистки для одной ступени рационально принимать равным также 50%. Биологические пруды могут быть одноступенчатыми в зависимости от концентрации загрязнений поступающей на доочистку воды и от требуемой концентрации после доочистки. Удельный расход кислорода на аэрацию в биологических прудах для доочистки следует принимать 2 мг/мг снятой БПКполн- Система аэрации может быть механическая и пневматическая.[ ...]

При доочистке сточных вод в аэрируемых биологических прудах рекомендуется использовать подвижные аэраторы (рис. 6.12). При работе аэратора возникает пара реактивных сид причем вращение аэратора вокруг собственной оси вызывает вращение его вокруг неподвижной опоры. При проектировании подвижных аэраторов на тяге следует установить шарнир для восприятия волновых воздействий на пруду. Понтоны следует располагать на расстоянии не менее двух диаметров аэратора О от его центра. Расстояние от опоры до центра ротора аэратора рекомендуется принимать равным радиусу действия аэратора (до ЪЬ). Площадь зоны действия каждого аэратора может быть увеличена минимум в 4-5 раз по сравнению с аэраторами, установленными стационарно. Минимальное расстояние между опорами аэратора должно составлять 10£>. Глубину пруда допускается принимать не менее 3 м.[ ...]

Для увеличения силы тяги аэратора целесообразно предусмотреть возможность небольшого отклонения оси аэратора от вертикали в плоскости осей аэратора и рукояти. При этом внешние по отношению к неподвижной опоре лопатки будут больше заглублены и возникнет дополнительный гребной эффект. В альгализированных биологических прудах наряду с бактериальной микрофлорой в процессе изменения величины ВПК принимают существенное участие и микроводоросли. В поступающей в биологические пруды сточной воде наблюдается резко выраженный процесс трансформации органических веществ сточных вод в вещество клеток микроводорослей, а это приводит к увеличению ВПК.[ ...]

Иногда вместо обычных проточных или контактных биологических прудов для доочистки сточной воды применяются биологические окси-дационньщ, контактные стабилизационные (БОКС) пруды, в которых происходит альгализация специально подобранными и выращенными на сточных водах микроводорослями, что обеспечивает полное биологическое обеззараживание сточных вод. Этот тип прудов разработан во ВНИИ по сельскохозяйственному использованию сточных вод и находит большое применение в районах с теплым климатом.

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.

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3 -- 5 ступеней, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды устраиваются для биологической очистки сточных вод в естественных условиях на слабофильтрующих грунтах в виде отдельных водоемов. В результате жизнедеятельности плангтона (фитопланктона) ассимилируется свободная и бикарбонатная кислота, благодаря чему рН воды днем повышается до 10 -- 11, что приводит к быстрому отмиранию бактерий.

Биологические пруды как самостоятельные очистные сооружения по СНиП допускается применять (при надлежащем обосновании) для населенных мест, расположенных в IV климатическом районе. Пруды могут проектироваться также для доочистки сточных вод в сочетании с другими очистными сооружениями.

В биологических прудах должно быть 2--3 ступени -- при поступлении биологически очищенных сточных вод и 4--5 ступеней -- при поступлении отстоенных сточных вод.

Биологические пруды рассчитываются по нагрузке сточными (первый случай) водами на 1 га водной поверхности пруда или по величине реаэрации (второй случай).

В первом случае эта нагрузка принимается равной (без разбавления для отстоенных сточных вод) до 250 м3/га в сутки и для биологически очищенных сточных вод -- до 5000 м3/га в сутки; во втором случае -- из расчета величины реаэрации, равной 6 -- 8 г кислорода в сутки с 1 м2 пруда в зависимости от климатических условий (СНиП).

Среднюю глубину воды в биологических прудах принимают в зависимости от местных условий в пределах 0,5--1 м. При использовании прудов для рыборазведения к ним должна подводиться осветленная сточная жидкость, разбавляемая речной водой в 3--5 раз. При этом в составе биологических прудов должен быть малый пруд глубиной не менее 2,5 м, предназначенный для рыбы в зимнее время.

При очистке сточных вод в биологических прудах, уменьшается количество бактерий -- более чем в 100 раз, понижается окисляемость на 90%, снижается количество органического азота -- на 88, аммиака -- на 97 и БПК -- до 98%. Осенью пруды, не предназначенные для выращивания рыбы, опорожняют, в зимнее время их используют как накопители. Весной пруды заполняются водой и примерно через месяц начинают работать на проток. Возможна также контактная работа прудов. Дно пруда рекомендуется ежегодно вспахивать. Сточные воды должны находиться в прудах 20--30 суток. Впускать сточные воды в пруды рекомендуется в дневное время. Пруды нужно располагать вблизи естественных водоемов. Количество растворенного кислорода в воде должно быть не ниже 2,5 мг/л. Дно пруда планируется в сторону выпуска. Глубина у впуска обычно принимается 0,5 м, у выпуска -- до 1--2 м. Пруды проектируются площадью 0,5--1,5 га и более.

При проектировании прудов, имеющих естественный водосбор, водосбросные сооружения нужно рассчитывать на дополнительный пропуск паводкового и ливневого расхода. В зависимости от условий выпуска (опорожнения), диктуемых рельефом, емкость пруда может быть образована устройством запруд по тальвегам, использованием существующих либо созданием искусственных выемок (котловин), ограждением территории валиками (дамбами). В верхнем пруде устраивают 2--3 впуска. Для лучшего распределения потока сточной жидкости поперек первого пруда устанавливают два ряда плетней. Перепуски из прудов устраивают в виде лотков шириной 0,4 м через 30 м. Из последнего пруда вода выпускается при помощи шахтных водосбросов.

После выхода из очистных сооружений сточные воды выпускаются в тальвеги балок и оврагов, где устраиваются каналы с незначительным уклоном, длина которых достигает сотен метров, а иногда и нескольких километров.

Исследуемые каналы располагались в тальвегах сухих балок со среднегодовой температурой воздуха местности 6,8 + 7,1°С и среднегодовым количеством осадков 500--510 мм. Скорость движения сточной воды в этих каналах колебалась в пределах 0,01--0,05 м/сек, время пребывания стоков в канале -- от 7 до 28 ч. Слой воды в канале (не считая осадка) приняли в пределах 0,025--0,15м, ширина канала -- в пределах 0,65--1,5 м.

На сточную воду, протекающую в каналах с малой скоростью и малой глубиной, но сравнительно большой шириной потока, воздействуют солнечные лучи, кислород воздуха и другие климатические факторы, отчего концентрация загрязнений в сточной воде по мере удаления ее от места выпуска уменьшается. Происходит естественное самоочищение сточных вод. Такие каналы называются естественными окислительными каналами, так как в них происходят процессы окисления, подобные процессам, происходящим в биологических прудах.

Искусственные окислительные каналы применяют за рубежом (Голландия, США и др.) в климатических условиях с минимальной температурой воздуха (до --8°С) и дают хорошие результаты при очистке малых количеств сточных вод. В таких каналах концентрация загрязнений снижается по БПК5 до 98%, резко падает бактериальное загрязнение и содержание взвешенных веществ. Искусственные окислительные каналы как очистные сооружения в наших условиях применяются пока редко.

Степень очистки сточных вод в естественных каналах зависит от длины сбросного канала и его уклона.

При очистке сточных вод в естественных окислительных каналах на двух объектах отбирались пробы сточной воды перед септиками, после септиков и по каналам через каждые 100 м, для химических и бактериологических анализов. На обоих объектах количество сточных вод колебалось в пределах 100--150 м3 в сутки. Первичными отстойниками служили септики, плохо эксплуатируемые (почти не очищались).

Анализы показали, что в естественных окислительных каналах намного снизилась концентрация загрязнений сточных вод. На протяжении исследуемых 1000 м канала сточная вода очищается, как в химическом, так и в бактериологическом отношениях.

Стоки обычно состоят из отходов неорганического и органического происхождения. Причём последние из них занимают больший объём. Если от неорганических компонентов стоки легко очистить механическим методом под действием сил гравитации, то для удаления органических составляющих в последнее время применяются разные методики биологической очистки сточных вод. Их может быть несколько. Выбор того или иного способа зависит от разновидности стоков (бытовые или промышленные). В нашей статье мы рассмотрим разные методы очистки сточных вод, а также процессы, протекающие при реализации каждого из методов.

Процесс очищения сточных вод начинается сразу после того, как стоки по системе канализационного трубопровода попадают в очистное сооружение. Здесь благодаря используемому способу очистки концентрация загрязнений и органических примесей в стоках резко уменьшается. В зависимости от степени загрязнения стоков используются разные способы очистки или их комбинация. От этого зависит схема, по которой будет сооружаться станция биологической очистки сточных вод.

Важно: сегодня для очищения канализационных стоков повсеместно используются биологические методы. Несмотря на то, что для переработки промышленных стоков используют более сложные установки, чем для очищения бытовых сточных вод, применяются одинаковые способы.

Для этого используются специальные микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности разлагают сложные органические соединения на более простые элементы (углекислый газ, воду и минеральный осадок). Такая переработка позволяет снизить концентрацию органических загрязнителей до приемлемого уровня.

Биологические методы очистки сточных вод – это лишь часть системы очищения стоков. Принципы работы очистных сооружений выглядят так:

Поскольку в бытовых и промышленных стоках содержатся не только органические составляющие, которые могут переработать бактерии, но и неорганические элементы, не поддающиеся переработке, их необходимо удалить на первом этапе. Для этого используются механические способы очистки – отстаивание. В процессе отстаивания более тяжёлые и плотные составляющие стоков оседают на дно под действием сил притяжения. Более лёгкие жиры всплывают на поверхность.
После этого предварительно очищенные от тяжёлых неорганических загрязнителей стоки подвергаются биологической очистке. В процессе этого воды очистятся от сложных органических соединений, которые в большом количестве присутствуют в них. Биологические способы очистки подразумевают применение специальных бактерий, содержащихся в почве и воде, для разложения (окисления) органики. Для этих целей используют особые аэробные и анаэробные микроорганизмы. В процессе своей жизнедеятельности бактерии очищают стоки настолько, что их можно сбрасывать в грунт.
Для бытовых сточных вод вполне хватит описанного способа. А в процессе очищения промышленных стоков используют дополнительные способы, которые позволяют удалять специфические загрязнения. Сюда можно отнести процесс фильтрования, электродиализа, адсорбции, обратного осмоса и т.п.

Две группы бактерий, которые используют для биологической очистки, несколько отличаются друг от друга. Так, микроорганизмы, которые относятся к группе аэробов, могут жить только в условиях с доступом кислорода. Поэтому в очистных сооружениях с их применением обязательно используются средства для насыщения среды кислородом – компрессоры и аэраторы. А микроорганизмы, которые относятся к группе анаэробов, не нуждаются в кислороде, но для них важно наличие углекислого газа и нитратов.

Методы биологического очищения

Существует несколько методов биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод:

биопруды;
фильтрационные поля;
аэротенки;
метатенки;
биологические фильтры.

Биологические пруды

Здесь процессы очищения протекают в открытых водоёмах, созданных искусственным путём. В водоёме стоки проходят процесс самоочищения. Это намного выгоднее, чем использовать искусственные способы очистки. Для обеспечения поступления кислорода в водоём глубина искусственного пруда не должна быть более 1 м.

Поскольку площадь водоёма значительная, это позволяет хорошо прогреться воде, что благоприятно скажется на жизнедеятельности бактерий. Эффективней всего процессы очистки в водоёме протекают в тёплое время года. При снижении температуры среды до +6°С окислительные процессы в воде замедляются. Зимой такой водоём не может использоваться, поскольку бактерии впадают в спячку при минусовых температурах.

Разновидности биопрудов:

Водоёмы с разбавлением. Здесь стоки перемешиваются с речной водой. После этого они попадают в пруды для очистки. Этот процесс обычно занимает 14 дней.
Пруды многоступенчатые (без разбавления). Сюда стоки попадают после предварительного отстаивания без разбавления речной водой. Здесь очистка протекает на протяжении месяца. За это время вода перетекает самотёком из одного пруда в другой. Всего может быть около 4-5 водоёмов, которые располагаются каскадами. Этот метод является самым эффективным и недорогим.
Водоёмы, в которых выполняется доочистка.

Важно: в прудах первого и второго типа можно разводить рыбу.

Поля фильтрации

Здесь биологическая очистка сточных вод протекает на специальных территориях (полях), заселенных колониями аэробных почвенных бактерий. Эти микроорганизмы окисляют содержащиеся в стоках сложные органические соединения, и после очищения вода впитывается в грунт. Поскольку к верхнему слою почвы поступает больше кислорода, необходимого для аэробных бактерий, процессы окисления эффективней всего протекают здесь.

Стоит знать: такой способ очистки позволяет использовать очищенную воду для полива сельскохозяйственных угодий. Эти территории называются полями орошения.

Такие средства очистки, как поля орошения и биопруды, могут использоваться не везде. Так, есть целый ряд ограничений на их применение:

В месте устройства фильтрационных полей и биопрудов не должно быть высокого стояния грунтовых вод. Иначе не полностью очищенные стоки могут попасть в водоносные слои и вызвать загрязнения источников питьевой воды.
Использование таких систем возможно только в тёплое время года.

Поскольку поддержание определённой температуры является одним из главных условий для жизнедеятельности бактерий, всесезонную очистку можно выполнять только в искусственных закрытых сооружениях. К ним относятся биофильтры, аэротенки и метатенки.

Аэротенк

Этот метод очищения является наиболее эффективным, поскольку процессы окисления протекают при взаимодействии активного ила с прошедшими механическую очистку стоками. Это взаимодействие выполняется в специальной ёмкости, оборудованной системой аэрации. Всё дело в том, что в иле содержится большое количество аэробных бактерий, нуждающихся в кислороде. При благоприятных условиях они будут очищать стоки от органических загрязнителей. Далее процесс идёт в такой последовательности:

Когда переработка органических соединений в стоках завершается, снижается уровень потребления кислорода, и стоки перетекают в следующие секции. Здесь микроорганизмы-нитрификаторы перерабатывают азот солей аммония. В итоге получаются нитриты.
Другие бактерии поглощают нитриты и выделяют нитраты.
После выполнения этой очистки стоки переходят во вторичный отстойник. В нём активный ил выпадает в осадок.
После этого очищенная вода сбрасывается в водоёмы.

Биологические фильтры

Биофильтры наиболее часто используются для обслуживания автономной канализации частного дома или дачи. Это компактная ёмкость с загрузочным материалом внутри. Микроорганизмы (только аэробные бактерии) находятся в биофильтре в форме активной плёнки и выполняют функции биологического очищения.

Такие фильтры делятся на два вида:

устройства с капельной фильтрацией (низкая производительность, но высокое качество очистки);
изделия с двухступенчатой фильтрацией (высокая производительность и качество очистки).

Биологический фильтр состоит из следующих частей:

корпус фильтрующего устройства (загрузка);
изделие, которое позволяет равномерно распределить стоки по поверхности фильтра;
дренажная система для отвода воды;
чтобы обеспечивать подачу кислорода, нужна воздухораспределительная система.

Принцип работы биофильтра очень напоминает процессы, протекающие в аэротенке. Сначала в процессе отстаивания стоки очищаются от крупных тяжёлых частиц. После этого воды перетекают в биофильтр. Здесь аэробные бактерии на плёнке получают со стоками питательные вещества и начинают активно размножаться, что увеличивает эффективность очистки. Поскольку они не могут жить без кислорода, специальная система обеспечивает его подачу в нужное место.

Системы с капельным фильтром отличаются только тем, что в них стоки на биофильтр поступают постепенно, определёнными порциями. При этом вентиляция и подача кислорода обеспечивается естественным путём. Для этого в конструкции предусмотрены открытые пространства.

Метатенк

Конструкция метатенка более простая в сравнении с аэротенком. Обычно это бетонные или пластиковые септики, в которых процессы очищения протекают благодаря жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.

Анаэробные бактерии обходятся без кислорода, поэтому в конструкции не нужно предусматривать сложную систему аэрации. Эти микроорганизмы производят минимальное количество биомассы, поэтому частота очистки метатенка самая низкая. Это позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию.

Главный недостаток таких сооружений в том, что в результате жизни анаэробные организмы выделяют метан, поэтому от небольшого септика будет исходить неприятный запах, а мощные очистные установки нуждаются в системе, контролирующей уровень загазованности, а также в создании системы эффективного вентилирования, чтобы уберечь обслуживающий персонал.

К атегория: Очистка сточных вод

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях может осуществляться в биологических прудах, на полях фильтрации и сооружениях подземной фильтрации, а также на земледельческих полях орошения.

Биологические пруды - искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах, протекающих при самоочищении водоемов. Биологические пруды можно также использовать для доочистки сточных вод после их прохождения через другие сооружения для биологической очистки. Пруды бывают одиночные (мелкие непроточные глубиной 0,6-1,2 м) или состоящие из трех - пяти прудов, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная на биофильтрах сточная жидкость.

Для очистки сточных вод в IV климатическом районе биологические пруды можно применять круглый год, во II и III климатических районах - только в теплый сезон, а в холодный сезон при условии, что вода в биопрудах имеет температуру не ниже 8°С.

Очистка сточных вод в биологических прудах может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробные пруды имеют глубину 2,5-3 м, нагрузка по БПК для бытовых сточных вод составляет 300-350 кг/ /(га-сут). Аэробные биопруды с естественной аэрацией можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК.5 не выше 200-250 мг/л в IV климатической зоне круглогодично, а во II и III климатических зонах - только в теплый период. Расчетная нагрузка на пруды для отстоенных сточных вод принимается до 250 м3/(га-сут), для биологически очищенных вод - до 5000 м3/(га-сут). При площади пруда 0,5-0,25 га время пребывания сточных вод в зависимости от нагрузки колеблется от 2,5 до 10 сут.

Бнопруды для полной очистки целесообразно осуществлять в две - три ступени, принимая в каждой из ступеней степень очистки по БПК.5 равной 70 %. Для интенсификации процесса очистки сточных вод в биопруды искусственным путем подается кислород воздуха. Такие биопруды занимают значительно меньшую площадь и менее зависят от климатических условий, они могут работать и при температуре воздуха от -15 до - 20 °С, а в отдельные дни и до -45 °С.

Исследования ВНИИ ВОДГЕО, МИСИ им. В. В.Куйбышева и ЦНИИЭП инженерного оборудования, а также результаты производственных испытаний Белорусского научно-исследовательского санитарно-гигиенического института подтвердили целесообразность применения аэрируемых биопрудов для очистки сточных вод в сельской местности пропускной способностью 100-10 000 м3/сут, а для доочистки - до 50 000 м3/сут.

Аэрируемые биопруды можно использовать для очистки сточных вод с концентрацией по БПК5 ДО 500 мг/л, они обеспечивают эффективную очистку сточных вод во II и III климатических зонах. В северных районах II климатической зоны, а также в районах с устойчивыми ветрами в зимнее время года более целесообразно применять биологические пруды с рециркуляционным циклом (возвратом) иловой смеси, имеющие лучшие теплотехнические характеристики. Перед биопрудами следует предусматривать механическую очистку сточных вод. При концентрации взвешенных веществ до 250 мг/л время отстаивания можно принимать равным 0,5 ч, при концентрации 250-500 мг/л-1 ч.

Рис. 1. План станции биологической очистки сточных вод пропускной способностью 700 м3/сут 1, 2, 3, 4- аэрируемые пруды соответственно I, II, III , IV ступени: 5 - пруд-отстойник; 6 - контактный пруд; 7- производственное здание: 8 - всасывающий трубопровод технической воды; 9 - воздуховод; 10 - напорный трубопровод технической воды; 11 - приемная камера; 12 - подводящий трубопровод диаметром 300 мм; 13 - двухъярусный отстойник; 14, 17 - песковые площадки; 15 - пескопровод; 16 - иловые площадки

На строительство очистных сооружений g аэрируемыми биопрудами требуются наименьшие капитальные вложения по сравнению с очисткой другими методами. Удельные затраты на этих станциях на 20-50 % ниже. Кроме того, аэрируемые биопруды характеризуются высоким уровнем механизации земляных работ и минимальным расходом железобетона и других строительных материалов.

Поля фильтрации можно применять в отдельных случаях при наличии непригодных для сельскохозяйственного использования земельных участков с фильтрующими грунтами, при отсутствии опасности загрязнения грунтовых вод, используемых для питьевых нужд. Земельные участки полей фильтрации специально подготовляют для биологической очистки сточных вод, не допуская их использования для агрокультурных целей. Подаваемая на поля сточная вода поступает на отдельные участки (карты) по системе открытых лотков или каналов (разводные каналы); комплекс этих каналов составляет оросительную сеть. Сбор и отвод профильтровавшейся очищенной воды осуществляется с помощью дренажа, который может быть открытым в виде канав по периметру карт или закрытым, состоящим из дренажных труб, уложенных по карте на глубине 1,5-2 м, и канав. Система дренажа и канав образует осушительную систему. Каналы выполняют из кирпича, бута, железобетона, бетона или делают земляными. Каналы имеют прямоугольное или трапецеидальное поперечное сечение; размещают их по ограждающим земляным валкам.

При проектировании полей фильтрации выбирают открытые, не затопляемые весенними водами участки со спокойным рельефом местности с естественным уклоном не более 0,02. Для устройства полей фильтрации не пригодны участки, расположенные близко от мест выклинивания водоносных горизонтов, а также торфяные и глинистые почвы и солончаки. Наиболее пригодны песчаные и супесчаные грунты. Поля рекомендуется располагать с подветренной стороны на определенном расстоянии от жилых массивов в зависимости от расхода сточной воды: при расходе до 5000 м3/сут это расстояние принимают 300 м, при 5000-50 000 м3/сут -500 м и свыше 50 000 м3/сут-1000 м. По контуру полей обычно высаживают иву и другие влаголюбивые насаждения. Ширину полосы насаждений принимают 10-20 м в зависимости от удаленности полей от населенных пунктов.

Бытовые сточные воды, очищенные на полях фильтрации, имеют БПК 10-15 мг/л, стойкость 99% (т.е. не загнивают), содержат нитратов до 25 мг/л. Количество бактерий уменьшается на 99-99,9% по сравнению с содержанием их в исходной воде. Специальная дезинфекция не требуется. Для успешной эксплуатации полей необходимо подавать на них сточную воду, предварительно осветленную, т.е. в значительной степени освобожденную от взвешенных частиц. Кроме того, при отстаивании из сточной жидкости выделяется в осадок до 50--80 % гельминтов, что снижает загрязнение ими почвы в 7-10 раз.

Требуемую площадь для полей фильтрации определяют исходя из нормы нагрузки - допустимого количества сточной воды, которое может быть очищено на 1 га поверхности полей. Кроме того, учитывают характер грунтов, уровень грунтовых вод и среднегодовую температуру по нормам нагрузок. Нормы нагрузки осветленных сточных вод на поля фильтрации для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков 300- 500 мм приведены в СНиП 2.04.03-85.

Для устройства ограждений карт, оросительной сети, дорог и въездов на карты необходимо предусматривать дополнительную площадь. Так, при полезной площади полей фильтрации до 0,3 га дополнительная площадь предусматривается равной 100% полезной площади, при 0,5 га-90, при 0,8-80, при 1 га-60 и более 1 га- 40% полезной площади полей.

При устройстве полей фильтрации обычно предусматривают постоянную и временную оросительные сети. Постоянная оросительная сеть (рис. 2) состоит из магистрального канала, групповых распределительных каналов и картовых оросителей, обслуживающих отдельные карты. Картовын ороситель - последний элемент постоянной сети.

Рис. 2. Схема полей орошения 1 - магистральные и распределительные каналы; 2 - нартовые оросители; 3 - осушительные канавы; 4 - дренаж; 5 - дороги

Оросительную сеть проектируют из керамических или асбестоцементных труб диаметром 75-100 мм. Допускается применение оросительных лотков из кирпича, бетона и других материалов. Укладывают оросительные трубы в песчаных грунтах с уклоном 0,001-0,003, а в супесчаных - горизонтально. Расстояние между параллельными оросительными трубами в песках 1,5-2,0 м, в супесях-2,5 м. Керамические трубы прокладывают с зазорами 15-20 мм; над стыками труб следует предусматривать накладки. В асбестоцементных трубах оросительных сетей снизу делают пропилы на половину диаметра шириной 15 мм. Расстояние между пропилами должно быть не более 2 м. Для притока воздуха на концах оросительных труб устанавливают стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся на 0,5 м над поверхностью земли.

Рис. 3. Схема устройства полей подземной фильтрации 1 - выпуск из здания; 2 - трехкамер-ный септик из железобетонных колец; 3 - дозирующая камера с дозирующим сифоном; 4 - распределительная камера; 5 - дрены

Осушительную сеть на полях фильтрации предусматривают при неблагоприятных грунтовых условиях. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренажная система является составной частью полей, так как позволяет своевременно отводить излишнюю влагу почвы и способствует прониканию воздуха в деятельный слой, без которого не может проходить аэробный окислительный процесс. В малопроницаемых грунтах (суглинках) сооружают закрытый дренаж, в проницаемых грунтах (пески, супеси) дренаж или вообще не требуется, или устраивают открытые осушительные канавы.

Расстояние между дренами зависит от степени водопроницаемости грунта, глубины осушаемого слоя, глубины заложения дрен, количества отводимой воды и пр. Для предварительных расчетов расстояние между дренами в песках принимают 16-25 м, в супесях 12-15 м и в легких суглинках 8-10 м. В крупнозернистых песках в некоторых случаях дренаж сооружают в виде открытых осушительных канав с расстоянием между ними до 100 м.

Закрытый дренаж устраивают преимущественно из неглазурованных гончарных труб диаметром 75-100 мм.

Дрены следует располагать перпендикулярно направлению потока грунтовых вод с уклоном 0,0025-0,005. Между трубами оставляют зазоры 4-5 мм. Под стыками укладывают глиняную подушку, сверху стыки перекрывают толем или войлоком. Открытые осушительные канавы, сборные сети и выпуски устраивают в виде каналов трапецеидальной формы с боковыми стенками под углом естественного откоса грунтов.

В зимнее время после промерзания почвы фильтрация сточных вод на полях фильтрации значительно замедляется, а иногда полностью прекращается, и напускаемые на поля сточные воды намораживаются. Поэтому в районах с холодным и умеренным климатом поля фильтрации следует проверять на намораживание. Обычно высоту слоя намораживания сточных вод принимают 0,6-0,8 м, в соответствии с чем определяют высоту валов, ограждающих карту.

Сооружения подземной фильтрации. Для очистки малых количеств сточных вод применяют поля подземной фильтрации. Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик (рис. 3). Осветленная вода поступает в сеть уложенных на глубине 0,3-1,2 м трубопроводов с незаделан ными стыками, через которые сточная вода проникает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. Очищенная сточная вода не собирается в осушительную сеть, а просачивается в толщу грунта или частично уходит с грунтовым потоком.

На территории полей подземной фильтрации допускается выращивание огородных культур. Недостатком полей фильтрации является необходимость устройства широкой зоны санитарного разрыва (200-300 м). Для объектов с расходом сточных вод до 12 м3/сут в отдельных случаях (при наличии фильтрующих грунтов, глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии опасности загрязнения водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения) могут быть приняты очистные сооружения, работающие по принципу подземной фильтрации сточных вод (песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы). Эти сооружения достаточно просты в строительстве и эксплуатации и предназначаются для полной биологической очистки.

Сооружения подземной фильтрации (в отличие от наземных полей фильтрации) могут находиться вблизи обслуживаемых ими зданий и не требуют строительства наружной канализационной сети значительной протяженности. Сточная вода на очистные сооружения поступает самотеком, в связи с чем не требуются станции перекачки. Такие сооружения целесообразно устраивать в песчаных, супесчаных и легких суглинистых грунтах.

Сточную воду от здания или группы зданий направляют для предварительного осветления в септик. Осветленная вода через дозирующую камеру и распределительный колодец поступает в дренажные трубы, расположенные выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м, или фильтрующий колодец. Через незаделанные стыки и пропилы труб или отверстия в стенках колодца осветленная жидкость попадает в грунт, где происходит ее дальнейшая очистка. При работе систем подземной фильтрации исключается загрязнение воздуха и верхних слоев почвы.

Типовые проекты очистных сооружений систем подземной фильтрации разработаны в соответствии с унифицированным рядом таких сооружений малой производительности 0,5-12 м3/сут. Номенклатура типовых проектов включает: септики; системы с полями подземной фильтрации и фильтрующими колодцами, применяемые в песчаных и супесчаных грунтах; системы с фильтрующими траншеями и песчано-гравийными фильтрами, используемые при суглинистых и глинистых грунтах.

Септик представляет собой подземное сооружение, в котором сточные воды протекают с малой скоростью, при этом взвешенные вещества выпадают в осадок, а жидкость осветляется в течение 1-4 сут. Выпавший осадок в септике подвергается длительному перегниванию (сбраживанию) в течение 6-12 мес под воздействием анаэробных микроорганизмов.

Расчетные объемы септиков следует принимать из условий очистки их не менее 1 раза в год. При средне-зимней температуре сточных вод выше 10°С или при норме водоотведения более 150 л/(чел-сут) полный расчетный объем септика может быть уменьшен на 20%.

При расходе сточных вод до 1 м3/сут предусматривают однокамерные септики, до 10 м3/сут - двухкамерные и свыше 10 м3/сут - трехкамерные. Объем первой камеры в двухкамерных септиках принимают равным 0,75; в трехкамерных-0,5 расчетного объема. В последнем случае объем второй и третьей камер должен составлять по 0,25 расчетного объема. В септиках из бетонных колец все камеры могут быть равного объема. При расходах более 5 м3/сут каждую камеру следует разделять продольной стенкой на два одинаковых отделения. Минимальные размеры септика: глубина (от уровня воды) 1,3, ширина 1, длина или диаметр 1 м. Максимальная глубина септика не более 3,2 м. В септиках должна быть предусмотрена естественная вентиляция. В типовом проекте разработаны септики пропускной способностью 0,5- 0,25 м3/сут (рис. 4).

Песчано-гравийный фильтр представляет собой котлован, в который уложена фильтрующая засыпка. В зависимости от числа слоев засыпки фильтры бывают одно- и двухступенчатые. В одноступенчатых фильтрах применяют крупнозернистый песок слоем 1 -1,5 м, в двухступенчатых фильтрах первая ступень загружается гравием, коксом, гранулированным шлаком слоем 1- 1,5 м, вторая - аналогично одноступенчатому фильтру.

Фильтрующая траншея - конструктивная разновидность песчано-гравийных фильтров - представляет собой рассредоточенные и удлиненные фильтры. Траншеи применяют в тех случаях, когда устройство песчано-гравийных фильтров не допускается из-за близкого расположения грунтовых вод и невозможен их отвод дренажной сетью из-за рельефа местности. Расчетную длину фильтрующих траншей принимают в зависимости от расхода сточных вод и нагрузки на оросительные трубы, но не более 300 м, ширину траншей по низу - не менее 0,5 м.

В фильтрующих траншеях в качестве загрузочного материала используют крупно- и среднезернистый песок и другие крупнозернистые материалы с толщиной слоя (между оросительной и дренажной трубой) 0,8-1 м. Для оросительных труб и отводящих дрен фильтров и траншей применяют трубы минимального диаметра 100 мм, укладывая их в гравийную (или из других крупнозернистых материалов) обсыпку толщиной 5-20 см. Глубина заложения оросительных труб от поверхности земли должна быть не менее 0,5 м. Расстояние между параллельными оросительными трубами и между отводящими дренами в песчано-гравийных фильтрах 1-1,5 м. Уклон оросительных и дренажных труб в фильтрах и траншеях не менее 0,005.

Рис. 5. Очистка сточных вод в септиках и фильтрующих колодцах 1 - канализационный стояк; 2- выпуск из здания; 3 септик; 4 - водоотводная труба; 5 - фильтрующий колодец

Фильтрующие колодцы - предназначены для очистки бытовых сточных вод, поступающих от отдельно стоящих зданий при расчетном расходе не более 1 м3/сут, после предварительной обработки в септике. Их применяют в песчаных и супесчаных грунтах при отсутствии достаточных площадей для размещения полей подземной фильтрации и расположении основания колодца не менее чем на 1 м выше максимального уровня грунтовых вод (рис. 5).

Фильтрующие колодцы круглые по форме выполняют из железобетонных колец диаметром не более 2 м, а прямоугольные - из усиленно обожженного кирпича и бутового камня размером не более 2X2 м в плане и 2,5 м глубиной. Внутри колодца устраивают донный фильтр высотой до 1 м из гравия, щебня, кокса, хорошо спекшегося котельного шлака и других материалов. У наружных стенок и основания колодца выполняют обсыпку из тех же материалов. В стенках колодца ниже подводящей трубы сверлят отверстия для выпуска профильтровавшейся воды. Колодцы перекрывают плитой с люком диаметром 700 мм и оборудуют вентиляционной трубой диаметром 100 мм.

Расчетная фильтрующая площадь поверхности колодца определяется суммой площадей дна и поверхности внутренних стенок колодца на высоту фильтра. Нагрузка на 1 м2 площади фильтрующей поверхности в песчаных грунтах принимается 80 л/сут, а в супесчаных - 40 л/сут. При устройстве фильтрующих колодцев в средне-и крупнозернистых песках или при расстоянии между основанием колодца и уровнем грунтовых вод более 2 м нагрузка увеличивается на 10-20% (последняя цифра принимается при норме водоотведения на 1 человека более 150 л/сут или при среднезимней температуре сточных вод выше 10 °С). Для объектов сезонного действия нагрузка также может быть увеличена на 20%.

Земледельческие поля орошения, устраиваемые на землях колхозов и совхозов, предназначены для круглогодичного приема и обезвреживания сточных вод в процессе их сельскохозяйственного использования. Эти поля имеют невысокие нормы нагрузки на 1 га площади орошения, а также небольшой объем планировочных работ. Круглогодичный прием сточных вод независимо от климатических условий возможен в том случае, если нормы нагрузки не превышают 5-20 м3/сут на 1 га площади орошения. Земледельческие поля орошения располагают на почвах, пригодных для земледелия, или которые можно использовать после надлежащей их подготовки (мелиорации). Естественный уклон земельных участков не должен превышать 0,03 (наиболее приемлем уклон 0,005-0,015).

Городские сточные воды вначале поступают на очистную станцию, где предварительно обрабатываются, т. е. проходят решетку, песколовку и первичные отстойники. В ночное время вода поступает в регулирующие емкости. После отстойников сточная вода самотеком или с помощью насосов подается на командные точки полей.

На территорию полей вода подается по оросительной сети, которая подразделяется:
а) постоянная, подводящая сточную воду к полям севооборота и состоящая из постоянных магистральных и распределительных трубопроводов, укладываемых преимущественно из асбестоцементных труб;
б) временная, состоящая из переносных трубопроводов, временных оросителей, ложбин и водоотводных борозд;
в) поливная, состоящая из борозд, полос и подпочвенных увлажнителей.

Трубопроводы постоянной оросительной сети укладывают с учетом промерзания грунта на пахотных землях на глубине 0,7-1,2 м, а под дорогами и на территории населенных мест-ниже глубины промерзания грунта на 0,1 м до шелыги трубы. Из закрытой постоянной сети вода выпускается специальными водовыпусками. Водовыпускные колодцы в зависимости от рельефа местности и расположения поливных участков при одностороннем распределении размещают на расстоянии 100-200, при двустороннем -200-300 м.

Увлажнительно-удобрительные нормы орошения сточными водами на земледельческих полях орошения устанавливают в зависимости от состава культур и насаждений, потребности их в минеральной пище и воде, санитарно-гигиенических требований, связанных с обезвреживанием сточных вод. Расчетный расход воды составляет 5-20 м3/сут на 1 га или 1800- 7300 м3/год.

- Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях