Биологический пруд доочистки сточных вод. Биологические пруды и гидроботанические площадки. Технология возведения очистных водоемов

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

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

Таблица 14

Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

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.

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

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 .

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

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

Преимуществами биопрудов

низкие строительные и эксплуатационные затраты;

высокое качество очистки при условии эффективного илоотделения;

высокая стабилизация ила;

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

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

Недостатки биопрудов

зависимость работы от климатических условий;

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

необходимость периодической очистки;

затруднения с отделением и отведением ила при высоких нагрузках.

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

Осаждение органических веществ;

Отмирание и размножение водорослей;

Сезонные и суточные колебания температуры;

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

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

- аэрируемые, которые постоянно работают в аэробных условиях;

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

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

Аэробные условия в биологических прудах могут быть созданы двумя путями:

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

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

Величина БПКполн сточных вод, подавляемых в биологические пруды

Тип аэрации

Естественная

Искусственная

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

Очистка сточных	Доочистка сточных

Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

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

Тип аэрации

	Очистка сточных	Доочистка сточных

Естественная


Искусственная		Не ограничены
		Не ограничены

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.

С каждым годом отмечается рост водопотребления, что связано с увеличением количества жителей большинства регионов страны, а также продолжающимся ростом промышленности. Это ведет к тому, что загрязнение окружающей среды сточными водами также возрастает, ставя перед экспертами непростую задачу - как с наименьшими потерями для прогресса причинять природе как можно меньший вред. Возникает необходимость разработки эффективных методик очистки сточных вод, к числу наиболее результативных из них относится создание биологических прудов. Познакомимся с ними поближе, узнаем суть этого термина, разновидности и специфику обустройства и применения.

Понятие

Сейчас не являются редкостью. А биологические пруды относятся к их числу, однако от других разновидностей их отличает назначение - в таких прудах создаются максимально приближенные к естественным условия, в которых будет производиться самоочищение сточных вод. Можно также встретить и другие наименования сооружений - лагуны, простые пруды, стабилизационные, пруды доочистки.

Основными «жителями» таких водоемов являются зеленые водоросли, которые активно выделяют кислород в ходе своей жизнедеятельности, а этот химический элемент, в свою очередь, ведет к ускорению распада органики. Кроме того, на процесс разложения оказывают влияние следующие группы факторов:

Температура.
Аэрация.
Скорость воды.
Жизнедеятельность бактерий.

Таким образом и происходит очистка воды - совершенно естественно и довольно быстро. Всего за 5 суток можно произвести полную очистку водоема. Кроме того, растения будут накапливать внутри себя тяжелые металлы, которые в природе подвергаются разложению в течение длительного времени.

Характеристика

Познакомимся с основными параметрами биопрудов:

Оптимальная глубина невелика - от 0,5 до 1 метра.
Форма - прямоугольник.
Соотношение длины и ширины зависит от способа аэрации: если она искусственная, то пропорция 1:3, если естественная - 1:1,5.

Именно в таких условиях происходит массовое развитие планктонных водорослей и прочих полезных микроорганизмов. Для выполнения биопрудами своих непосредственных функций рядом с ними высаживают такие растения: тростник, аир, камыш, рогоз широколиственный, водный гиацинт и некоторые другие.

Продолжительность полезного использования этих сооружений - более 20 лет.

Разновидности

Биологические пруды для вод могут быть трех основных видов, информация о них для удобства восприятия представлена в формате таблицы.

Кроме того, можно встретить и иную классификацию - деление на проточные и контактные, при этом первые, в свою очередь, могут быть много- и одноступенчатыми.

Также биопруды можно подразделить на три группы в зависимости от биотического круговорота: анаэробные, аэробные и факультативно-аэробные.

Анаэробные чаще всего используются для частичной очистки воды. Проживающие в них живые организмы нуждаются в большом количестве кислорода. Существенным моментом таких водоемов являются неприятные запахи гниения.
Аэробные являются самыми мощными по степени очистки, поскольку проживающие в них живые организмы, прежде всего - водоросли, принимают участие в окислении сточных вод.
Факультативно-аэробные - промежуточный вариант, сочетающий в себе неприятный запах гнили и более эффективную очистку.

При многоступенчатой очистке в прудах последней ступени может разводиться рыба, чаще всего это карп.

Применение

Исследования доказали, что самой простой и при этом эффективной системой очистки воды является использование природных методов, в частности - растительных организмов. Для водорослей улучшение качества воды является естественной функцией, поскольку для нормальной жизнедеятельности им необходимы калий, фосфор и азот, а в корневой системе образуются микроорганизмы, отвечающие за окисление органики. На этих факторах и основана работа искусственных водоемов.

Биопруды используются как для самостоятельной очистки вод, так и в составе целых комплекса подобных сооружений, например, предваряя собой использование земледельческих полей орошения или для доочистки на станциях аэрации. Для очистки сточных вод биологические пруды предпочтительно применять в тех регионах, где температура воздуха составляет не менее +10 °С в среднем в течение года и умеренно влажный климат.

Санитарный надзор

Очистные сооружения, в том числе биопруды, находятся под постоянным санитарным контролем, задача в осуществлении которого выполняется санэпидстанциями. Контролировать состояние таких водоемов обязаны следующие специалисты:

С целью контроля используются различные виды исследований, включая бактериологическое. Также проверяется соблюдение мероприятий по предотвращению сброса сточных вод, не подвергнутых предварительной очистке и обеззараживанию в водоемы.

Польза

Биологическая очистка воды в пруду, помимо своей простоты и результативности, оказывается еще и очень полезна человеку. Прежде всего используются обычные природные процессы, поэтому не ведется речи об искусственном вмешательстве в жизнь природного сообщества. Такие водоемы могут быть использованы как для самостоятельной так и для доочистки. Кроме того, биопруды помогают в следующих случаях:

Уничтожают до 99 % кишечной палочки.
Снижается практически до 100 % содержание яиц гельминтов.

Однако важно отметить и существенный минус таких водоемов - при низкой температуре эффективность их использования снижается в разы, а покрытые ледяным покровом, они уже не могут выполнять свои функции: в воду кислород не проникает, поэтому процесс окисления органики прекращается.

Использование биопрудов - водоемов, в которых проживают живые организмы - является самой простой и выгодной системой биологической очистки пруда. Этот метод помогает добиться существенной экономии энергии и ресурсов, а результат при этом будет очень качественным. Кроме того, соблюдения каких-либо специальных условий не требуется, уход за сооружением максимально прост.

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.

Статьи по теме