Использование биологических прудов в процессе очистки промышленных вод от загрязнений и использование их илистых осадков в сельском хозяйстве

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДОВ В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ИЛИСТЫХ ОСАДКОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Д.И. Лукьянчиков

Аннотация В процессе очистки сточных вод в очистных канализационных сооружениях и дальнейшей доочистки в биопрудах с высшими водными растениями достигается более эффективная степень их очистки по сравнению с обычной биологической очисткой в аэротенках или биофильтрах. Применение биопрудов с высшими водными растениями является доступным, перспективным и экологически чистым способом доочистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод от биологических, органических и минеральных загрязнений.

Ключевые слова: биологические пруды, высшая водная растительность, сточные воды, илистые осадки

В современных условиях экономического кризиса большинство промышленных предприятий и муниципальных образований испытывают дефицит средств для эксплуатации, модернизации, а тем более для строительства новых высокотехнологичных очистных сооружений. Это приводит к недостаточной степени очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод и усилению негативного влияния на водные ресурсы. Так как поверхностные водоемы являются основными приемниками сточных вод, то их защита от техногенного загрязнения является актуальной проблемой. Для решения этой проблемы имеет смысл разрабатывать и совершенствовать эффективные и экономичные методы очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод.

В практике очистки промышленных сточных вод распространение получили классические физико-химические методы с применением сорбентов, флоку-лянтов, коагулянтов и т.п. Однако, повсеместное их внедрение для доочистки сточных вод сдерживается необходимостью значительных капитальных вложений, эксплуатационных затрат и квалифицированного обслуживающего персонала. Одним из перспективных и альтернативных методов очистки сточных вод в современных экономических условиях является использование естественных процессов самоочищения воды, а именно применение биопрудов, в которых произрастают высшие водные растения (ВВР).

В этих прудах по определенной схеме высаживают такие водные культуры, как камыш, тростник, рогоз, рдест, водный гиацинт, аир болотный, телорез и другие, которые занимают 30-40% акватории [3].

Высшие водные растения в водоемах выполняют следующие основные функции:

1) фильтрационную (способствуют оседанию взвешенных веществ);

2) поглотительную (поглощение биогенных элементов и некоторых органических веществ);

3) накопительную (способность накапливать некоторые металлы и органические вещества, которые трудно разлагаются);

4) окислительную (в процессе фотосинтеза вода обогащается кислородом);

5) детоксикационную (растения способны накапливать токсичные вещества и преобразовывать их в нетоксичные).

Процессы самоочищения воды при участии высших водных растений протекают в течение всего года эксплуатации биопрудов. В период вегетации изъятие загрязнений выполняют стебли и листва ВВР, а в холод-

ный период - их корневая система. Выделяемые ВВР фитонциды способствуют обеззараживанию воды. С помощью внесения разных культур водорослей в воду биопрудов возможно достичь управления процессами не только биологического самоочищения и восстановления качества воды, а также одновременного уменьшения патогенной микрофлоры в сточных водах [1].

Биопруды имеют значительные преимущества и обеспечивают высокую степень доочистки стоков по сравнению с традиционными методами, при их эксплуатации уменьшается количество обслуживающего персонала, срок их эксплуатации не ограничен, они просты и надежны в эксплуатации, а энергозатраты сокращаются в 150-200 раз [4].

Существуют проточные и непроточные биопруды. Разница состоит в том, что из проточных прудов вода после очистки ВВР поступает в поверхностные водоемы, а из непроточных вода испаряется и фильтруется в подземные водные горизонты. В случае фильтрования доочищенной воды из биопруда в подземные горизонты, она не будет представлять никакой опасности, поскольку, проходя сквозь корневую систему камыша обычного, рогоза широколистого, рогоза узколистого, аира болотного, вода насыщается атомарным кислородом и токсичными для патогенной микрофлоры органическими продуктами метаболизма ВВР. При этом поступающие в поверхностные водоемы очищенные воды полностью будут удовлетворять соответствующим санитарным требованиям для водных объектов рыбохозяйственного назначения.

Широкому внедрению биопрудов в процесс очистки сточных вод до недавнего времени мешала необходимость выделения значительных территорий для их устройства. Но простота и невысокая себестоимость таких очистных сооружений обусловили большую заинтересованность в их использовании, как эффективного и дешевого метода доочистки промышленных сточных вод.

На предприятии ООО «Сахар Золотухино», расположенном в поселке Солнечный Золотухинского района Курской области, наряду с традиционными очистными сооружениями задействованы 3 проточных биологических пруда-отстойника, в которых произрастают хлорелла и рогоз. Площадь первого и пруда составляет 250 м2, второго и третьего по 300 м2, максимальная глубина каждого пруда составляет 6 м. В отличие от традиционной схемы очистки сточных вод с использованием биопрудов здесь биопруды располагаются не после очистных сооружений, а перед ними. Схема очистных сооружений ООО «Сахар Золотухино» представлена на рисунке 1.

Очистные сооружения ООО «Сахар Золотухино» располагаются на расстоянии 4,7 км от завода, и сточные воды поступают на них по металлическим трубам. Помимо стоков с завода эти очистные сооружения принимают и бытовые стоки жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) п. Солнечный. Вначале сточные воды поступают в биологический пруд-отстойник №1, в котором они находятся несколько дней до полного его заполнения. Когда пруд №1 заполняется полностью, воду из него перепускают в пруд №2, а сам пруд №1 вновь наполняется сточными водами. Когда пруд №1 вновь полностью заполняется стоками, воду из пруда №2 перепускают в пруд №3, а воду из пруда №1 в пруд №2. После следующего заполнения пруда №1 вода из

пруда №3 направляется на очистные сооружения, пруд №3 заполняется водой из пруда №2, а пруд №2 водой из пруда №1. После очистных сооружений сточные воды по трубам сбрасываются в реку Усожа. Всего сточные воды находятся в прудах 5-7 суток (в зависимости от интенсивности работы завода) - это оптимальное время, за которое происходит максимальная очистка воды от загрязнений.

Рисунок 1 - Схема очистных сооружений ООО «Сахар Золотухине»

Сахарный завод ежегодно начинает работать в апреле и прекращает работу в конце ноября, следовательно, зимой на очистные сооружения поступают только бытовые стоки от ЖКХ.

Нами в течение 2009-2010 годов были отобраны и проанализированы пробы сточных вод поступающие в

пруды-отстоиники, после прудов-отстоиников и после очистных сооружений сахарного завода с целью оценки эффективности очистки стоков и оценки их влияния на качество воды в реке Усожа (таблица 1). Нами были рассмотрены следующие загрязняющие вещества: железо, медь, формы азота (аммонийный МНь нитритный N02, нитратный N03), фосфаты (Р), нефтепродукты, биохимическое потребление кислорода (БПК5), сульфаты (8), хлориды (С1), а также взвешенные вещества. В сбрасываемых в реку очищенных сточных водах предельно допустимые концентрации (ДДК) для водных объектов рыбохозяйственного назначения незначительно превышаются по фосфору, меди, БПК5 и нефтепродуктам, значительно по хлоридам. Но при оценке качества воды в реке Усожа в 100 метрах выше сброса сточных вод видно, что фоновые концентрации фосфора, меди, БПК5- хлоридов и нефтепродуктов превышают ДДК, то есть качество воды в реке Усожа по содержанию этих веществ не соответствует нормативам уже выше сброса сточных вод. В 100 метрах ниже сброса сточных вод значения средних концентраций по фосфору, меди, БПК5 и хлоридам незначительно превышают их значения выше сброса, а средние показатели нитратного азота и нефтепродуктов даже ниже, чем их показатели выше сброса. Исходя из этого, можно сделать вывод, что применяемые в схеме очистки сточных вод на предприятии ООО «Сахар Золотухино» биопруды с ВВР вносят существенный вклад в улучшение показателей качества сточных вод. Благодаря этому р. Усожа справляется с нагрузкой основных загрязняющих веществ, поступающих со сбросом сточных вод, и значительного загрязнения в результате их выпуска не происходит.

Ежегодно перед началом работы ООО «Сахар Золотухино» дно биологических прудов-отстойников чистят от отмершей биомассы ВВР, иначе вероятен риск вторичного загрязнения толщи воды загрязнителями, которые со временем накапливаются в донных отложениях.

Таблица 1 - Влияние сточных вод очистных сооружений ООО «Сахар Золотухино» на качество воды в р. Усожа

Взвешенные вещества NH, no2 N03 Р Нефтепродукты Fe Cu бпк5 S С1

р. Усожа 100 мвыше сброса сточных вод

макс. 9,2 0,16 0,04 2,4 0,34 0,33 0,06 0,010 4,2 10,7 16,0

средн. 6,73 0,098 0,0238 1,27 0,21 0,06 0,0386 0,0065 2,92 6,55 13,3

р. Усожа 100 м ниже сб роса сточных вод

макс. 8,0 0,40 0,04 2,3 0,4 0,18 0,12 0,011 4,2 12,3 19,5

средн. 7,36 0,181 0,0316 1,14 0,262 0,042 0,0532 0,0098 3,52 6,93 17,75

Поступление сточных вод в пруды-отстойники

макс. 1299,5 72,69 0,97 0,083 9,67 6,45 7,69 0,042 8,3 22,7 138,0

средн. 571,185 31,66 0,569 0,056 4,728 1,46 3,236 0,029 7,96 18,4 131,52

Поступление сточных вод из прудов-отстойников на очистные сооружения

макс. 376,0 21,9 0,04 0,075 6,85 1,23 3,3 0,031 6,6 17,0 118,0

средн. 176,84 17,55 0,0235 0,05 3,225 0,537 1,58 0,023 5,43 13,05 117,27

Сброс сточных вод в р. Усожа

макс. 22,0 0,40 0,05 0,05 0,4 0,12 0,19 0,01 6,0 6,5 88,6

средн. 8,36 0,291 0,039 0,0285 0,285 0,0708 0,084 0,003 5,05 5,75 82,4

пдк 10,0 0,40 0,08 40,0 0,20 0,050 0,1 0,001 2,0 10,0 отсутствие

Эффективность очистки сточных вод в прудах-отстойниках

69,03 44,57 95,87 10,71 31,5 63,22 51,17 20,7 31,8 29,07 10,83

Эффективность очистки сточных вод на очистных сооружениях

95,27 98,31 нет 43,0 91,16 86,81 94,68 86,9 6,99 55,9 29,73

Донные отложения представляют собой сложную многокомпонентную систему и играют чрезвычайно важную роль в формировании гидрохимического режима водных масс и функционировании экосистем водоемов и водотоков. Они активно участвуют в внутри-водоемном круговороте веществ и энергии и являются средой обитания многочисленных групп животных организмов - бентоса.

При накоплении донных отложений (заилении) изменяются морфометрические показатели водоёмов, химические и биологические процессы в них [2].

Для очистки биопрудов ООО «Сахар Золотухине» от донных отложений из них поочередно спускают воду и с помощью спецтехники удаляют со дна илистый осадок (донные отложения), который вывозят на сельскохозяйственные угодья, где его используют в качестве удобрения [6].

Из литературных данных следует, что в большинстве случаев по удобрительной ценности илистые осадки не уступают подстилочному навозу. Правильное применение илистых осадков позволяет повышать плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Выявлено, что 10 млн. т илистых осадков сточных вод по содержанию основных элементов питания и удобрительной ценности равноценны примерно 50 млн.т навоза. Использование илистых осадков в качестве удобрения позволяет сохранить значительное количество минеральных веществ, уменьшает дефицит гумуса.

Несомненным достоинством илистого осадка является высокое содержание органического вещества - до 75%, что в значительной мере определяет направления процесса почвообразования, биологические, химические и физические свойства почвенной среды. Доказано, что илистые осадки могут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды [5].

Однако основным фактором, который сдерживает применение илистых осадков в растениеводстве, является наличие в них солей тяжелых металлов, влияние которых на почву, растения и безвредность продуктов мало изучено. К тому же на сегодняшний день в Российской Федерации отсутствуют предельно допустимые концентрации (ПДК) для химического загрязнения взвешенных веществ и донных отложений поверхностных водотоков и водоемов. Отсутствие нормативной базы не обеспечивает эффективного мониторинга экологического состояния донных отложений. При внесении чрезмерно загрязненных илистых осадков в почву ПДК для тяжелых металлов в почве могут быть превышены, что может негативно отразиться на качестве сельскохозяйственной продукции и безопасности ее употребления. При регулярной чистки биопрудов использование их илистого осадка в качестве удобрения опасности не представляет, так как содержание загрязняющих веществ ниже ПДК для тяжелых металлов в почве.

Нами были отобраны и проанализированы донные отложения из биопрудов очистных сооружений ООО

«Сахар Золотухине» с целью определения в них концентраций тяжелых металлов. Тяжелые металлы в донных отложениях содержатся в концентрациях, которые не превышают ПДК для тяжелых металлов в почве (таблица 2), что свидетельствует о безопасности использования илистых осадков биопрудов ООО «Сахар Золотухине» в сельском хозяйстве в качестве удобрения.

Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в донных отложениях биопрудов ООО «Сахар Золотухино»

Си Zn Cr Ni Со

Концентрация в пробе (мг/кг) 2,77 9,3 1,1 1,07 0,26

ПДК в почве 3 23 6 4 5

Выводы

1. В процессе очистки сточных вод на очистных канализационных сооружениях с использованием биопрудов с ВВР достигается более эффективная степень их очистки по сравнению с обычной биологической очисткой в аэротенках или биофильтрах. Показатели очистки сточных вод в биопрудах подтверждают важную роль ВВР в процессах утилизации органических и минеральных веществ и интенсификации процессов самоочищения воды.

2. Илистые осадки биологических прудов обладают высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных культур, но при их применении должны учитываться ПДК для тяжелых металлов в почве.

Список использованных источников

1 Бипявский, Г.О. Основы экологии: теория и практика: Начальное пособие / Г.О. Билявский, Л.И. Бутченко, В.М. Навроцкий. - Киев: Либра, 2002. - 352 с.

2 Денисова, А.И. Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды/ А.И. Денисова, Е.П. Нахшина, Б.И. Новиков, Рябов А.К. - Киев: Наук, думка, 1987. - 164 с.

3 Лихачев, Н.И. Справочник проектировщика/ Н.И. Лихачев. - М.: Стройиздат, 1981. - 638 с.

4 Николаев, В.Н. Модификация биологических прудов для очистки промышленных и сельскохозяйственных стоков / В.Н. Николаев, В.П. Бурлаков, В.И. Лобова // ЭКВАТЭК-2000: 4-й Междунар. конгр. «Вода: экол. и технол.», Москва, 30 мая-2 июня, 2000,- М., 2000. - С. 557-558.

5 Сюняев, Х.Х. Использование ОСВ в качестве удобрения зерновых культур/ Х.Х. Сюняев, Н.М. Чибиев //Сб. научных трудов КФ МСХА - Калуга, 1994. - С.25-27.

6 Типовой технологический регламент использования осадков сточных вод в качестве органического удобрения. -М.: Минсельхоз РФ, 2000. - 54 с.

Информация об авторе

Лукьянчиков Дмитрий Игоревич, аспирант Курского государственного университета, e-mail: dimazz_kursk@mail.ru