Geum.ru

Интенсификация работы биологических прудов

Вид материалаДокументы

Содержание


Список литературы
Подобный материал:
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДОВ

Вайсман Я.И., Рудакова Л.В., Калинина Е.В.

Пермский государственный технический университет, Пермь, Россия

Келль О.А.


ООО «Новая городская инфраструктура Прикамья», Пермский филиал, Пермь, Россия

В настоящее время возрастают требования к качеству воды поверхностных водоемов и водотоков, так же как и к качеству окружающей природной среды в целом. Основными источниками загрязнения водных объектов являются неочищенные или недоочищенные сточные воды. В связи с тем, что характер загрязнений водных объектов сточными водами приобретает глобальный характер, вопросы их эффективной очистки и доочистки являются актуальными. Одним из возможных способов повышения эффективности очистки сточных вод является использование в технологиях биологических прудов. Пруды могут функционировать в качестве основных сооружений для очистки, и в качестве дополнительных в комбинации с основными сооружениями биологической очистки с активным илом. В г. Перми реализуется полная схема очистки городских сточных вод на сооружениях биологической очистки с активным илом, включающая буферный трехсекционный пруд. Результаты проведенного аудита, цель которого заключалась в оценке технического состояния и эффективности работы сооружения, показали, что для соблюдения требований природоохранного законодательства к качеству очищенных сточных вод, поступающих в водоем, необходимо разработать мероприятия по интенсификации работы биологического пруда.

Специалистами Пермского государственного технического университета по заказу предприятия ООО «Новогор-Прикамье», эксплуатирующего биологические очистные сооружения г. Перми проведена разработка технико-экономического обоснования технологии интенсификации работы биологического пруда биологических очистных сооружений г. Перми. В работе использовался комплекс методов: теоретические исследования, обобщение опыта отечественных и зарубежных исследователей, натурные обследования и теоретические расчеты. На рис. 1 представлена третья секция биологического буферного пруда биологических очистных сооружений г. Перми.





Рис. 1. третья секция биологического буферного пруда биологических очистных сооружений г. Перми.


Анализ научно-технической информации показал, что существуют различные пути интенсификации работы биологических прудов, выбор которых зависит от требований к качеству очистки, технического состояния и оснащения пруда, его глубины и др. Наиболее часто применяются следующие способы:
  • устройство искусственной аэрации;
  • использование представителей водной флоры и фауны;
  • дополнительная механическая очистка стоков.

При использовании обычных (традиционных) конструкций биологических прудов насыщение водной среды кислородом происходит через контакт водной поверхности с воздушной средой, что вызывает необходимость поддержания глубины воды, не превышающей 1 м.

Для увеличения функциональной эффективности (скорости доочистки) биологических прудов используют искусственную аэрацию, что позволяет увеличить глубину воды в прудах до 3,5 м и соответственно уменьшать занимаемые биологическими прудами территории под [1].

Искусственная аэрация, или насыщение кислородом водной среды, может производиться гидравлическим путем или искусственным нагнетанием сжатого воздуха по перфорированным трубам в водную среду. Для искусственного нагнетания сжатого воздуха применяют мелкопузырчатые аэрационные системы (аэраторы). Они обеспечивают оптимальный тип аэрации, поскольку аэраторы располагаются на дне водоема, и эффективно насыщают воду кислородом, предотвращая появление мертвых, застойных зон [2].

С учетом существующей стоимости энергоносителей насыщение водной среды кислородом путем подачи сжатого воздуха становится очень энергоемким и дорогостоящим способом. В случае с биологическими прудами в г. Перми данное решение является нецелесообразным по причине отсутствия источника электроснабжения. Поэтому наиболее перспективным является гидравлический способ аэрирования водной среды [3].

Гидравлическая аэрация водной среды в биологических прудах предусматривает создание оптимальной гидравлической структуры потока, как в плане, так и по глубине. Устройство гидравлической аэрации возможно несколькими способами: струенаправляющие поперечные перегородки, плетневые изгороди или наплывные конструкции из тканевых материалов [3, 4, 5].

Интродукция в биологические пруды высших водных растений позволяет использовать дополнительный механизм очистки, свойственный сообществам макрофитов [6]. В основе биогидроботанического способа очистки сточных вод лежат биохимические процессы окисления, фильтрования, поглощения, накопления органических и неорганических веществ, минерализации, детоксикации, адсорбции, хемосорбции и др [7, 8, 9]. Высшие водные растения являются не только механическим фильтром, но и за счет стеблей способствуют повышению плотности бактериального населения, которое участвует в процессе разложения загрязняющих веществ.

Снижение концентраций загрязняющих веществ при использовании высших водных растений (общего азота, некоторых тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, пестицидов) колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов: сезона года, густоты и видового состава растений, площади сооружения и нагрузкой на него сточных вод, скорости движения потока и др. В зависимости от перечисленных условий степень очистки сточных вод от соединений азота колеблется от 2,5 до 97 %, от тяжелых металлов - 14-90 %, от нефти и нефтепродуктов – до 100 %.

По некоторым данным эффективность работы не зависит от сезона года, но в этих случаях речь идет о круглогодичной подаче на сооружения воды с положительными температурами.

К сожалению, в большинстве литературных источников не приводятся сведения о видовом составе растений и площади покрытия ими акватории сооружений, об исходных концентрациях нормируемых веществ, о режимах эксплуатации и влиянии внешних воздействий (температура воды и воздуха, разбавление атмосферными осадками, наличие экстремальных нагрузок и т. д.). Это затрудняет сопоставление эффективности использования различных видов растений в зависимости от перечисленных факторов, определяющих разработку технологии эксплуатации сооружений данного типа применительно к различным климатическим зонам. К недостаткам биопрудов с посадками высших водных растений (ВВР) следует отнести малую производительность (по пропускной способности), потребность в отчуждении больших площадей земель, наличие застойных зон, возможность вторичного загрязнения за счет неуправляемости процессов очистки.

В качестве растений, интенсифицирующих работу биологических прудов, используют: Acorus calamus, Cyperus esculentus, Hydrocotyle umbellata, Iris versicolor, Juncus effusus, Phragmitesaustralis, Pontederia cordata, Sagittaria latifolia, Scripus validus, Sparganium enrycarpum, Typha latifolia, Carex spp, Alnus serrmlata, Cerotophyllum demersum, Eichornia crassipes, Lemna minor, Nuphar lateu, Vallisneria spiralis, Impatiens walleriana Hook, Ficus carica L., Urtica dioica L., Pilea cadieri Gagnep et Gill, Artemisia vulgaris L., Rhoeo discolor Nance, Setcreasea purpurea Boom, Ficus elastica Roxb ex Hornem, Najas microdon [10-14].

Размещение в прудах гидробионтов - пресноводных моллюсков фильтраторов, обладающих лизоцимной активностью приводит к обеззараживанию сточных вод от патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Пропуская через мантийную полость огромные количества воды, моллюски играют роль естественных биологических фильтров. обеззараживание сточных вод они осуществляют с участием фагоцитов, содержащих целый комплекс гидролитических ферментов, в том числе и лизоцим [15, 16].

Для интенсификации процессов естественного самоочищения очищенных сточных вод в биологических прудах применяется дополнительная механическая очистка стоков с помощью фильтрующих дамб [17, 18]. По литературным данным снижение концентрации взвешенных веществ при механической фильтрации через дамбы возрастает в десятки и сотни (до 126) раз [17]. Уменьшение содержания взвешенных веществ сопровождается снижением концентрации железа и других загрязняющих компонентов. Эффективность извлечения взвешенных веществ и планктона при фильтровании увеличивается в такой последовательности [19, 20]: инфильтрационные, инфильтрационно-фильтрующие, комбинированные, фильтрующие с фильтрами дамбы.

Биологические пруды, функционирующие в г. Перми были запроектированы таким образом, что очистка дна от илистых отложений предусмотрена после прекращения подачи стоков в пруд (1 раз в 5-6 лет), в результате чего отмечены случаи вторичного загрязнения воды, обусловленного вымыванием загрязняющих веществ из донных отложений. Для постоянного или периодического удаления иловых отложений со дна биологического пруда рекомендовано использование шламовых насосов, скребков для сбора донных отложений или земснарядов.

По результатам проведенных исследований установлено, что интенсификация работы биологического пруда биологических очистных сооружений может быть достигнута с помощью проведения технических мероприятий и изменения технологических параметров процесса очистки.

К основным техническим решениям повышения эффективности работы сооружения относятся ремонт и реконструкция биологического пруда, включающие:
  • очистку или замену водопропускных стальных труб в теле дамб: количество труб должно соответствовать расчетному - по четыре стальные трубы диаметром 700 мм;
  • укрепление гребня и откосов дамб;
  • наращивание дамбы между первой и второй секцией пруда на участке перелива до высоты 4,5м;
  • ремонт и реконструкцию перепускных колодцев;
  • ремонт коллектора рассеивающего выпуска сточных вод в р. Кама.

Технологические решения включают:

предварительное отстаивание поступающих на доочистку сточных вод в 1-ой секции биологического пруда (в соответствие с требованием СНиП 2.04.03-85) с периодическим удалением образовавшегося осадка. Необходимость использования решеток для удаления крупных механических примесей отсутствует;

обеспечение движения воды по всему живому сечению пруда с помощью устройства рассеивающих выпусков во второй и третьей секциях;

своевременную механическую очистку дна биологического пруда от иловых отложений (по результатам расчета образования иловых донных отложений в пруду периодичность их удаления - не реже 1 раза в три года);

использование дополнительной искусственной аэрации: струенаправляющих поперечных перегородок, плетневой изгороди или наплывных конструкций из тканевых материалов;

повышение эффективности процессов естественного самоочищения путем формирования биоценоза из представителей водной флоры и фауны (использование специальных конструкций для закрепления растений в толще воды обеспечивает круглогодичное их функционирование);

замену обеззараживания очищенных сточных вод путем хлорирования на ультрафиолетовое обеззараживание.

Использование первоначально планируемых дополнительных методов физико-химической очистки сточных вод в биологическом пруду, реализуемых с помощью фильтрующих траншей и дамб при существующей конструкции прудов и режиме их эксплуатации нецелесообразно из-за необходимости полной реконструкции дамб и переливных устройств, что делает несопоставимыми финансовые расходы и достигаемый эффект.

Для обеспечения требований нормативных документов к качеству очистки сточных вод в биологических прудах с учетом планируемого увеличения объема поступающих сточных вод необходимо строительство второй параллельной линии биологического пруда производительностью 220-250 тыс. м3/сут с 3 - 5 последовательными ступенями. Размещение второй линии биологического пруда возможно параллельно первой на примыкающей к существующему пруду площадке.

Внедрение мероприятий по интенсификации работы буферного биологического пруда позволит снизить размер платежей ООО «Новогор - Прикамье» за сброс загрязняющих веществ в поверхностный водный объект от сооружений биологической очистки сточных вод на 30 % или 2 393 562 руб (расход 440 тыс. м3/сутки и планируемое по проекту реконструкции качество стоков) и на 36% или 3 489 550 руб (расход 440 тыс. м3/сутки и фактическое качество стоков) и обеспечить качество очищенных сточных вод на выпуске в р. Каму на уровне требований лицензии на водопользование.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шелудько Н. В. Анализ методов интенсификации доочистки сточных вод в биологических прудах. Строительство-2000: Международная научно-практическая конференция, Ростов-на-Дону Институт инженерно-экологических систем. - Ростов на-Дону, 2000 - С. 26 .

2. www/kubicek.ru/products/aero.

3. o.ru/2005/05/01/.

4. Репин Б.Н., Русина О.Н., Афанасьева А.Ф. Биологические пруды для очистки сточных вод пищевой промышленности. М.: «Пищевая промышленность», 1977 г. 207 с.

5. avto.ru/kanalizacia21.php.

6. Магмедов В.Г. Основные типы водоохранных сооружений, использующие очистные свойства сообществ макрофитов. Водные ресурсы. – 1988. - №2. – с. 150 – 155.

7. Винберг Г.Г., Остапеня П.В., Сивко Т.Н., Левина Р.И. Биологические пруды в практике очистки сточных вод. под ред. Остапеня П.В. – Минск, «Беларусь», 1966. – 231 с.

8.Кравец В.В., Бухгалтер Л.Б., Акользин А.П., Бухгалтер Б.Л. Высшая водная растительность как элемент очистки промыленных сточных вод. Экология и промышленность России. – 1999. - № 8. - с. 20 – 23.

9.Скирдов И.В., Альманейфи А.А. Интенсификация очистки сточных вод в биологических прудах. Водоснабжение и санитарная техника. – 1999. -№ 2. с. 28 – 31.

10. Курцевич Е.П., Потехин С.А., Солдатов Ю.Н., Олонцев В.М., Дротченко В.И. Использование эйхорнии для очистки промстоков. Экология и промышленность России. – 2001. - № 2 г. - с. 21-23.

11. Калинина Е.В. Снижение содержания биогенных элементов в процессе биологической очистки городских сточных вод высшими водными растениями. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.- Пермь, 2007 г. – 152 стр.

12. Золотухин И.А.; Балахонова Е.А. Способ биологической очистки сточных вод. Патент RU 2061663 C1 C02F3/32 Опубликовано 1996.06.10.

13. Золотухин И.А.; Балахонова Е.А. Способ биологической очистки сточных вод. Патент RU 2111178 C1 C02F3/32/ Опубликовано 1998.05.20.

14. Матвеев В.И.; Чистяков Н.Е.; Кузнецов Ю.Р. Способ очистки вод. Патент RU 2081852 C1 C02F3/32/ Опубликовано 1997.06.20.

15. Соловых Г.Н.; Карнаухова И.В.; Коробов В.П.; Нефедова Е.М.; Устинова Г.М. Способ биологического обеззараживания непроточных водоемов от патогенной и условно-патогенной микрофлорыю. Патент RU 2193531 C2C02F3/32, A01K63/04/ Опубликовано: 2002.11.27.

16. Юнусова Е.Ф., Шаповалова Л.М., Вундцеттель М.Ф. Способ очистки поверхностных вод. Патент SU 1643475/ Опубликовано 23.04.91.

17. Максимович Н.Г. Создание искусственных механических барьеров для очистки сточных вод россыпных месторождений. Россыпи и месторождения кор выветривания: факты, проблемы, решения: Тезисы докладов: XIII Междунар. совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2005). Пермь, 2005. С. 149-152.

18. Лесин Ю.В. Фильтры для очистки воды из крупнокусковых отходов угледобычи. Уголь.- 1986. N 2. С. 43-44.

19. Водозаборно – очистные сооружения и устройства: Учебное пособие. М.Г.Журба, Ю.И.Вдовин, Ж.М.Говорова; под ред. М.Г.Журбы. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ» , 2003. – 567 с.

20. Смородин А.П. Разработка сооружений подготовки сточных вод к их повторному использованию или сбросу в рыбохозяйственные водоемы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Пенза, 2000 г.