Учебная литература 

Какие бывают типы биологических прудов. Биопруд - очистка сточных вод

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

3.

Биологические пруды ( очистка сточных вод )

Биологические пруды с естественной и искусственной (пневматической или механической) аэрацией. Применяют для очистки и доочистки городских, производственных и поверхностных сточных вод, содержащих органические загрязняющие вещества.


При этом в зависимости от назначения сооружения, подаваемые в него сточные воды должны отвечать требованиям представленным в табл. 13, а допустимые расходы в табл. 14.

Таблица 13

Величина БПК полн сточных вод, подавляемых в биологические пруды

Тип аэрации

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

Очистка сточных вод

Доочистка сточных вод

Естественная аэрация

Искусственная аэрация

Таблица 14

Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

Тип аэрации

Допустимые расходы сточных вод, подаваемых в биопруды, м 3 /сут, не более.

Очистка сточных вод

Доочистка сточных вод

Естественная аэрация

10000

Искусственная аэрация

10000

Не ограничены

Примечание. Если величина БПК полн подаваемых для очистки в биопруды сточных вод превышает указанные в таблице 13 значения, то следует предусматривать предварительную очистку этих вод.

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 следует предусматривать конструкции впускных и выпускных устройств, обеспечивающих движение воды по всему живому сечению пруда, т.е. рассредоточенные впуски и выпуски сточных вод (рис.10). 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.

Примечание. В биологических прудах с искусственной аэрацией сточных вод, отношение длины к ширине в которых составляет 1…3, следует принимать гидравлический режим движения жидкости соответствующей условиям идеального (полного) смешения.


Конструктировно биологические пруды состоят не менее чем из двух параллельных секций с 3…5 последовательными ступенями в каждой (например, рис. 11). При этом следует предусматривать возможность отключения любой секции для чистки или профилактического ремонта без нарушения работы остальных. Секции и ступени биопрудов разделяются ограждающими дамбами и плотинами, выполняемыми из грунтов, способных сохранять форму. Их минимальная ширина по верху должна составлять 2,5 м.

Примечание. У биологических прудов площадью менее 0,5 Га ширина ограждающих дамб и плотин по верху может быть снижена до 1,0…15 м.

При наличии фильтрации через оградительные дамбы и платины следует предусматривать их "одежду" в виде противофильтрационного экрана из глины (толщиной 0,3 м) или полимерных пленок. Крутизну откосов принимают исходя из характеристик грунтов (табл. 15).



Таблица 15

Крутизна откосов разделительных и оградительных дамб и плотин

Вид грунта

Крутизна откосов

Мокрые глинистые и суглинистые грунты

Мокрые песчаные и супесчаные грунты

Сухие глинистые и суглинистые грунты

1:1,5

Сухие песчаные и супесчаные грунты

Впуски сточных вод в биологические пруды, а также переливы жидкости между ступенями очистки, осуществляются с помощью колодцев, снабженных устройствами, позволяющими изменять уровень наполнения ступеней. Отметка лотка перепускной (впускной) трубы должна быть выше дна пруда на 0,3…0,5 м. При этом впуск воды в пруды с искусственной пневматической аэрацией производится через горизонтальный трубопровод, выход которого располагается на бетонной подушке, направляется вверх под углом 90 0 и находится ниже отметки предполагаемого уровня льда, а с механической аэрацией – через трубопровод непосредственно в зону активного перемешивания. Кроме того, в месте выхода перепускной трубы во избежание размыва склона, соответствующие его участники укрепляются камнем или бетонными плитами. Для выпуска стоков из сооружения (ступени) предназначено сборное устройство, размещаемое ниже уровня воды на 0,15…0,20 рабочей глубины пруда (глубины воды).

С целью предоставления волновой эрозии внутренних склонов дамб, а также развития высшей водной растительности, их выкладывают камнем, плитами и покрывают асфальтом по щебеночной подготовке полосой с шириной 1,5 м (на 1 м ниже уровня воды и на 0,5 м выше). Чтобы плиты не сползали, делается уступ, служащий упором для них. Внешний откос дамб следует засеивать медленно растущей травой с низким травостоем, способной предотвращать эрозию, например, пыреем сизым. Превышение строительной высоты дамбы над расчетным уровнем воды в пруде должно быть менее 0,7 м.

Для повышения эффективности очистки сточных вод до БПК полн = 3 мг/л, а также снижения содержания в них биогенных элементов (в первую очередь, азота и фосфора) рекомендуется использовать в прудах высшую водную растительность (камыш, рогоз, тростник и др.). Эта растительность должна быть размещена в последней ступени пруда. Причем, площадь, занимаемая высшей водной растительностью можно определить по нагрузке, составляющей 10000 м 3 /сут на 1 Га при плотности посадки 150…200 растений на 1 м 2 .

1.1.Аэробные: аэротенк (биотенк), биофильтр, почвенные методы, биопруды .

Сущность метода биохимической очистки
Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.
Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, – это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).
Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.
Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях.
Очистка сточных вод в природных условиях
Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.
Поля орошения
Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.
В почве полей орошения находятся бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы, водоросли, простейшие и беспозвоночные животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка.



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

Микрофильтры и намывные фильтры
Микрофильтры представляют собой сетчатые вращающиеся барабаны, опущенные частично в жидкость. Сточная вода подается внутрь барабана, загрязненная внутренняя поверхность промывается струями воды в верхней части барабана. Эффективность очистки при подаче на них биологически обработанных сточных вод составляет по 20-30%, по взвешенным веществам 65-70%. Микрофильтры просты в эксплуатации и не требуют ежедневного ухода. Намывные фильтры представляет собой резервуары с установленными внутри сетчатыми фильтрующими элементами. Фильтрование осуществляется через сетки намытым на них фильтрующим материалом. Поэтому перед рабочим циклом в фильтр подается пульпа фильтрующего материала. Этот же материал вводится в доочищаемую воду небольшими дозами во время рабочего цикла. Качество доочистки высокое: по содержанию взвешенных веществ (4 мг/л) и (3 мг/л) сточные воды приближаются к чистой речной воде.
Фильтрующие колодцы, кассеты
Использование в технологической схеме биологической очистки сооружений, расположенной в естественных условиях (фильтрующие колодцы и кассеты, поля подземной фильтрации), позволяет обеспечить одновременную глубокую очистку и обеззараживание стоков и не требует дополнительного устройства сооружений доочистки. Обследование около 50 систем показало что вблизи правильно установленных и эксплуатируемых фильтрующих колодцев создается вполне удовлетворительная санитарная обстановка. На большинстве обследованных объектов даже в расстоянии 1-2 метров вокруг фильтрующего колодца не отмечалось загрязнения атмосферного воздуха и поверхности почвы. Результаты исследований экспериментальных установок показываю, что даже на расстоянии 0,8-1 метра от фильтрующих колодцев наблюдается значительное снижения загрязнении в сточных водах. Сооружения естественной очистки сточных вод такие как фильтрующие колодцы и биологические пруды, могут быть использованы в качестве сооружений доочистки в различных технологических схемах обработки стоков. Эти сооружения размещают, как правило, после установок биологической очистки.
Очистка в биофильтрах
Биопленка растет на наполнителе биофильтра, она имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3 мм и более. Эта пленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. Число микроорганизмов в биопленке меньше, чем в активном иле.
Биологические фильтры достаточно широко применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод при их объемном расходе до 30 тыс. м3/сут.
Биофильтры – искусственные сооружения биологической очистки представляют собой круглые или прямоугольные в плане сооружения, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка; изготовляются они из железобетона или кирпича. Сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой из микроорганизмов; отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.
По типу загрузочного материала биофильтры делятся на две категории: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. В качестве зернистой загрузки используют щебень, гравий, гальку, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры и т.п. Плоская загрузка – это металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, блоки, гофрированные листы, пленки т.п., нередко свернутые в рулоны.

Биотенк - биофильтр представляет собой корпус, в котором заключены элементы загрузки, расположенные в шахматном порядке. Эти элементы выполнены в виде полуцилиндров, орошаются сверху водой, которая, наполняя элементы загрузки стекает через края вниз. На наружных поверхностях элементов образуется биопленка, в элементах – биомасса, напоминающая активный ил. Конструкция обеспечивает высокую производительность и эффективность очистки.
По принципу поступления воздуха в толщу аэрируемой загрузки фильтры могут быть с естественной и принудительной аэрацией. При поступлении сточных вод с БПКП> 300 мг/л во избежание частого заиливания поверхности биофильтра предусматривается рециркуляция – возврат части очищенной воды для разбавления исходами точной воды.
Применение биофильтров ограничивается возможностью их заиливания, снижением окислительной мощности в процессе эксплуатации, появлением неприятных запахов, трудностью равномерного наращивания пленки.
Очистка в аэротенках
Аэробная биологическая очистка больших объемов вод осуществляется в аэротенках – прямоугольных в плане железобетонных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности.

Основные технологические схемы очистки в аэротенках приведены на рисунке 52.

Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенной состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства типов аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение этих функций. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются три системы аэрации: пневматическая, механическая и комбинированная.
Окситенки
Окситенки – это сооружения биологической очистки, в которых вместо воздуха используется технический кислород или воздух, обогащенный кислородом.
Основным отличием окситенка от аэротенка, работающего на атмосферном воздухе, является повышенная концентрация ила. Это связано с увеличенным массообменом кислорода между газовой и жидкой фазами.
Он представляет собой резервуар, круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, которая отделяет зону аэрации от зоны илоотделения.

1.2.Анаэробная биологическая очистка сточных вод.

Анаэробный метод очистки может рассматриваться в качестве одного из наиболее перспективных при наличии высокой концентрации в сточных водах органических веществ или для очистки бытовых стоков. Его преимущество перед аэробными методами заключается в резком снижении эксплуатационных расходов (для анаэробных микроорганизмов не требуется дополнительной аэрации воды) и отсутствии проблем, связанных с утилизацией избыточной биомассы.

Анаэробная деградация органических веществ, осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие, по меньшей мере четырех групп микроорганизмов:

· гидролитиков,

· бродильщиков,

· ацетогенов

· метаногенов.

Механизм очистки.

При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза. В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ.

Все процессы преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке, т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную воду.

Рисунок 1: Этапы разложения анаэробного преобразования

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.

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.