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 нор
мам 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.
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
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.
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.
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 |
||
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.
