УЧАСТОК МЕСТНОСТИ ДЛЯ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к системам доочистки сточных вод от загрязняющих веществ и может быть использована в составе комплекса очистных сооружений в качестве биоинженерного сооружения для доочистки жидких отходов промышленных предприятий, предварительно очищенных стоков в различных отраслях промышленности, связанных с процессами очистки сточных вод и водных технологических растворов, а также в городских коммунальных хозяйствах.
Известна система очистки сточных вод (a.c. СССР N 1638124, C02F 3/32, опубл. 30.03.1991), содержащая очистные сооружения, пруд-накопитель предварительно очищенной воды, биологические пруды, представляющие собой карты, каскадно расположенные по отношению друг к другу и снабженные переливными устройствами. Карты выполнены с положительной плавучестью и расположены на поверхности пруда-накопителя. Карты имеют днище, выполненное из теплопроводного материала с темной подложкой, и снабжены перекрытием из светопрозрачного материала. Система позволяет увеличить продолжительность функционирования биологических прудов за счет более высокой температуры сточной воды в пруде-накопителе и сэкономить земельные площади.
Недостатками известной системы являются ограниченность использования только в промышленном животноводстве, нельзя чистить минерализованные воды, например шахтовые сточные воды.
Известен комплекс сооружений для очистки хозбытовых сточных вод (патент РФ №2181703, C02F 9/00, опубл. 27.04.2002), который включает последовательно установленные по ходу потока решетку, песколовку, отстойник-усреднитель, блок аэротенков и биологические пруды. Пруды выполнены в виде многосекционного биопруда. При этом комплекс дополнительно содержит подземный биосорбционный фильтр. Тело биосорбционного фильтра заполнено смесью инертного крупнодисперсного материала на 50%, например гравием: 30% фракции 1-5 мм, 50% - 5-15 мм; 20% - 15-25 мм, биосубстратом на основе отходов коры, например отходы окорки древесины хвойных пород крупностью 10-100 мм - 70%, опил - 20%; избыточный активный ил - 10%. Фильтр содержит перфорированные трубы, установленные ниже уровня промерзания. Поверхность биосорбционного фильтра засажена ивами Salix alba. Берега многосекционного биопруда засажены рогозом, тростником, а в сам пруд высажены водяной гиацинт (эйхорния), причем между секциями биопруда установлены фильтрующие дамбы, а в первую секцию биопруда установлен плавающий аэратор. Фильтрующие дамбы имеют не фильтрующее основание, сооружаемое из гидроизолирующего грунта, например глины, на расстоянии 0,75 нормального подпорного уровня и фильтрующего гребня, выполненного из инертных крупнодисперсных материалов, например гравия.
К недостаткам можно отнести общую сложность системы и ее обслуживания; посадку на поверхность биофильтра ивы белой, корни которой могут разрушить биофильтр; необходимость сооружения решеток в резервуарах или бассейнах, в которые насаживаются растения, а также необходимость периодического удаления зеленой надводной массы. Немаловажно, что используемый для очистки воды водяной гиацинт теряет свои свойства при температуре ниже +10°С.
Известно биоинженерное сооружение для очистки сточных вод, представляющее собой русловое биоплато с входом и выходом, имеющее трапецеидальное сечение, и с донным грунтом, содержащим осадочную опал-кристобалитовую породу Зикеевского месторождения Калужской области, на котором высажены водные растения (патент РФ на полезную модель №92418, C02F 3/32, опубл. 20.03.2010). Отличительной особенностью предложенного сооружения является то, что глубина биоплато составляет не менее одного метра, а донный грунт, уложенный на глиняный экран состоит из корнеобитаемого слоя толщиной не менее 0,2 м следующего состава: 2/3 указанной опал-кристобалитовой породы и 1/3 дерново-подзолистой почвы и гравийно-песчаной смеси, толщиной не менее 0,4 м. Дополнительно предлагается водные растения расположить в следующем порядке от входа к выходу: тростник, рогоз, камыш озерный, по откосам биоплато высадить аир болотный. Технический результат заключается в увеличении ресурса непрерывной работы до 3-5 лет, а также в снижении трудозатрат на обслуживание.
Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и выбрано за прототип.
К недостаткам прототипа необходимо отнести сплошные посадки воздушно-водных растений (тростника, рогоза, камыша и аира) на биоплато - это ограничивает разрастание растений и тем самым снижает потенциал растений по биоочистке. Плотные посадки тростника, первыми принимающие сточные воды, будут способствовать быстрому накоплению в их пределах песка и ила и подъему дна вплоть до его обсыхания, в результате чего тростниковые посадки перестанут принимать участие в очистке воды.
Целью предлагаемой полезной модели является создание биоинженерного сооружения по эффективной доочистке сточных вод, лишенного указанных недостатков, за счет повышения надежности работы и стабилизации пропускной способности сооружения путем создания оптимальных условий существования водной растительности и сопутствующих биоценозов. Техническим результатом является доочистка сточных вод от загрязнений, содержащих твердые мелкие взвешенные частицы, примеси, органический и аммонийный азот, фосфор, их соли, нефтепродукты, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, биогенные элементы (азотосодержащие вещества, фосфор и др.) как естественного, так и техногенного происхождения с ресурсом непрерывной работы до 10 лет без значительных дополнительных затрат.
Технический результат достигается тем, что биоинженерное сооружение, предназначенное для доочистки сточных вод, оборудовано посадками водных и воздушно-водных растений: камыша озерного Scirpus lacustris L., рогоза узколистного Typha angustifolia L и элодеи канадской Elodea canadensis Michx., комбинация которых образует чередующуюся систему «открытый плес - заросли растений», в которой посадки камыша озерного первого ряда и рогоза узколистного второго ряда в виде двурядной нелинейной дуги, выгнутой по течению потока в нижней части каждого входящего в систему плеса, в сочетании с посадками элодеи канадской с боковых сторон потока формируют центральную замкнутую зону со свободным от посадок пространством. Биоинженерное сооружение включает, по меньшей мере, три однотипные структурированные зоны.
Дугообразная форма порядных посадок камыша озерного и рогоза узколистного обеспечивает оптимальное распределение водного потока, предназначенного для доочистки, равномерное осаждение осадка по всей ширине биоинженерного сооружения.
Технический результат достигается при полном прохождении объема воды, предназначенного для доочистки, в течение трех дней.
Структурированный таким образом участок местности характеризуется чередованием зон открытых пространств, не занятых высшими водными растениями, ограниченных указанным сочетанием зарослей крупных высокотравных воздушно-водных растений, выделения которых стимулируют развитие нефтеокисляющих бактерий (рогоз узколистный), воздушно-водных растений с зелеными стеблями (камыш озерный), способными к фотосинтезу подо льдом, и погруженных растений, способных активно поглощать различные загрязняющие вещества и интенсивно обогащать воду кислородом. В открытых пространствах системы в качестве естественных очистителей воды работают планктон, бентос и перифитон. В процессе эксплуатации указанные зоны (плесы) дублируют друг друга.
Оптимальное соотношение посадок для достижения заявленного результата составляет:
- посадки водных растений занимают около 50 процентов поверхности участка местности, оставшаяся площадь участка свободна от высших водных растений;
- около 50 процентов площади посадок - элодея канадская;
- до 35 процентов площади посадок - камыш озерный;
- до 15 процентов площади посадок - рогоз узколистный.
2
2
Предлагаемая система, как и другие технические решения аналогичного назначения, не является статичной. В течение некоторого срока, например 10 лет, растения будут развиваться и заполнять открытые пространства системы. Поэтому для описания заявленной полезной модели вводится такое понятие, как «начальная плотность посадки» растений. Эффективной начальной плотностью посадки можно считать пять растений на 1 м для камыша озерного и четыре растения на 1 м для рогоза узколистного.
Сущность полезной модели поясняет Фиг.1, на которой схематично представлен вид сверху участка местности, заявленного в качестве полезной модели, характер и последовательность размещения на нем посадок разных видов растений: 1 - посадки камыша озерного, 2 - посадки рогоза узколистного, 3 - посадки элодеи канадской. Стрелками обозначены вход и выход доочищаемых сточных вод.
Система работает следующим образом. Предварительно очищенные стоки, прошедшие через песколовки, фильтры и пруды отстойники, поступают для доочистки на оборудованный участок местности. Первоначально поток воды попадает в зону посадки элодеи канадской, проходя через стебли которой поток рассеивается и движется вниз по течению. Затем поток доходит до зарослей камыша озерного в первом ряду и рогоза узколистного во втором ряду посадки в виде двурядной нелинейной дуги, выгнутой по течению потока в нижней части плеса, равномерно распределяется по ширине, рассеивает движущиеся в потоке воды загрязнения из взвешенных частиц естественного либо техногенного происхождения, заставляя их под действием силы тяжести осаждаться на дно первого плеса. В результате осаждения загрязнений в свободной от растений центральной зоне, где самостоятельно развивается бактерио-, фито- и зоопланктон, фито- и зообентос и перифитон, происходит более тонкая и полная доочистка воды. При выделении большого количества кислорода растениями элодеи канадской создается среда для гетеротрофных бактерий, которые участвуют в очистке воды от вредных веществ. Выделения в воду продуктов жизнедеятельности рогоза узколистного стимулируют развитие нефтеокисляющих бактерий, активно разлагающих нефть и нефтепродукты. Далее, проходя через заросли высаженных растений, очищаемые сточные воды освобождаются от загрязняющих веществ и взвесей до безопасного для окружающей среды уровня. В процессе доочистки участвуют не только посаженные высшие растения, но и развивающиеся в их зарослях планктонные и бентосные сообщества низших растений, а также покрывающие подводные части стеблей и листьев перифитонные организмы. Свободные от растений пространства выполняют ту же функцию очистки воды за счет интенсивно развивающегося здесь фито- и зоопланктона. Эти свободные от растений пространства нужны также для свободного разрастания воздушно-водных растений, поэтому со временем они будут сужаться, с их исчезновением нужна будет замена высаженных растений и очистка дна биопруда от накопившегося ила. Время доочистки сточных вод в пределах заявленного участка местности составляет около трех суток. Подбор видов растений, характер их посадки и наличие свободных от растений пространств с естественно развивающимся фито- и зоопланктоном обеспечивает доочистку стоков до необходимого уровня. В холодный период отсутствия активной вегетации уровень доочистки снижается до 30% от летнего. Процесс доочистки в это время идет за счет жизнедеятельности камыша озерного, планктонных, бентосных и перифитонных организмов. Система доочистки заканчивается одним сливом. Предлагаемая для доочистки система может состоять из трех и более плесов. Размеры участка местности определяются объемом поступающей загрязненной воды.
Таким образом, предложенная полезная модель создает оптимальные условия для эффективной доочистки сточных вод от загрязнений, содержащих твердые мелкие взвешенные частицы, примеси, органический и аммонийный азот, фосфор, их соли, нефтепродукты, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, биогенные элементы (азотосодержащие вещества, фосфор и др.) как естественного, так и техногенного происхождения с ресурсом непрерывной работы до 10 лет без значительных дополнительных затрат.