СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ДРЕНАЖНЫХ ВОД
CONSTRUCTION FOR PURIFYING AND CONTROL OVER QUALITY OF DRAINAGE WATER

Изобретение относится к технике очистки дренажных вод от загрязнений и регулирования ее качества в соответствии с требованиями потенциальных потребителей и может быть использовано в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота для очистки поверхностного стока в условиях богарного земледелия, а также при реализации водоохранных мероприятий по очистке сточных вод в сельском хозяйстве и других отраслях.
6
Известно сооружение для очистки коллекторно-дренажных и сточных вод, содержащее последовательно установленные отстойники и сорбционные фильтры, которое расположено на трассе коллекторно-дренажного канала, фильтры выполнены в виде колодцев с установленными в них съемными сетчатыми емкостями, заполненными сорбентом, при этом уровень верха колодцев расположен на уровне дна канала (RU Патент №2062634 С1, МПК B01D 36/04. Сооружение для очистки коллекторно-дренажных вод / В.В.Жарков, Р.З.Утяганов, Д.В.Жарков. - Заявка №5037476/26; заявлено 25.02.1992; опубл. 27.06.1996).
К недостаткам данного сооружения следует отнести неравномерность распределения нагрузки на сорбционные фильтры и, как следствие, низкую эффективность очистки воды в результате расположения верхней грани (плоскости) основной группы фильтрационных колодцев с сорбционными фильтрами, за исключением последнего, на уровне дна канала. Это приводит к разделению потока воды в пределах сооружения на верхнюю часть, проходящую только через последний фильтр, среднюю часть, преодолевающую гидравлическое сопротивление основной группы фильтров, и нижнюю часть, которая не очищается совсем.
Известна также фильтрующая траншея в виде канала с противофильтрационным покрытием, разделенного на последовательно расположенные секции, которые гидравлически связаны между собой посредством вертикально установленных съемных фильтрующих элементов с гранулированным сорбентом (Купцова А.А. Улучшение качества дренажных вод природными сорбентами: автореф. дис. … канд. техн. наук / Купцова Анастасия Александровна. - М., 1998. - С.20, рис.4, с.18).
К недостаткам фильтрующей траншеи следует отнести невозможность регулирования скорости фильтрации воды через фильтрующие элементы в связи с известной сезонной динамикой расхода дренажного стока, неравномерность нагрузки потока по высоте фильтрующих элементов, на второй и последующих секциях траншеи часть фильтра выше уровня воды в секции не используется.
Кроме описанных известно водоочистное сооружение в виде насыпной фильтрующей дамбы, имеющей трапецеидальное поперечное сечение и выполненной из гранулированного сорбента на основании с противофильтрационным покрытием. Для подвода дренажного стока к верховому откосу дамбы устроен накопительный канал, а к низовому откосу дамбы примыкает концевой участок водоотводящего канала с водосборным сооружением в виде колодца-поглотителя с дренирующей обсыпкой из сорбента, через которое очищенная вода по водоотводящему трубопроводу сбрасывается в речную сеть (Методические рекомендации по мероприятиям для предотвращения и ликвидации загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами. - М.: РАСХН, ВНИИГиМ, 2005. - С.47-50, рис.4.3, с.48).
К недостаткам указанного сооружения относятся невозможность оперативной замены отработанного сорбента без демонтажа всего сооружения, низкая эффективность использования сорбента вследствие неравномерности нагрузки потока по высоте дамбы, сорбент, расположенный выше депрессионной поверхности фильтрующегося потока, в процессе очистки воды не участвует, отсутствие контроля за степенью очистки дренажных вод.
2
2
6
Заслуживает внимания известный способ биологической очистки вод от солей, включающий контактирование исходной воды с высшими водными растениями: тростником обыкновенным, камышом озерным, рогозом узколистным, выращенными на субстрате, фильтрацию и отвод очищенной воды через трубчатые дрены, в котором в качестве субстрата используют многократно промытый гранулированный речной кварцевый песок с размером гранул 1÷3 мм, высшую водную растительность используют в смеси с ирисом при плотности посадки 20÷25 ед./м, процесс осуществляют под слоем полимерной гранулированной загрузки с плотностью меньше плотности воды при подаче воздуха под слой субстрата при скорости 0,15÷0,2 л/(с·м) в течение 1,5÷2 ч/сут, а отвод очищенной воды ведут через пористые дрены, заполненные активированным углем и расположенные над субстратом (RU Патент №2094392 C1, МПКC02F 3/32. Способ биологической очистки воды от солей. / М.Г.Журба, Т.Н.Любина. - Заявка №5043833/25; заявлено 14.03.1992; опубл. 27.10.1997).
Основными недостатками данного способа являются необходимость предварительного выращивания высшей водной растительности до определенной фазы их развития; зависимость эффективности процесса очистки воды от степени развития высшей водной растительности; сложность процесса очистки, обусловленная необходимостью выращивания высшей водной растительности на предварительно промытом субстрате, что снижает ее продуктивность и, следовательно, очистительную способность, т.к. тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный и ирис в естественных условиях произрастают в затопленных или заболоченных почвогрунтах; покрытие водной поверхности слоем гранулированной загрузки с плотностью, меньшей плотности воды, препятствует нормальному развитию высшей водной растительности, а целостность самого слоя загрузки может нарушаться, например, под действием ветра; не указан источник и устройство для подачи воздуха.
6
Известно устьевое водоохранное сооружение, содержащее водоохранную полосу в виде траншеи с высшей водной растительностью и водоприемником, которое снабжено аванкамерой и блоком физико-химического регулирования, траншея выполнена в виде блока биохимического регулирования с водосливами-аэраторами, сообщающими его с одной стороны с блоком физико-химического регулирования, а с другой стороны - с водоприемником, блок биохимического регулирования снабжен фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна которых уменьшается но направлению движения воды, плотина снабжена слоем грунта с травами, размещенными на ее гребне и низовом откосе, сооружение снабжено также трубопроводом в виде двух ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенными сквозь водосливы-аэраторы под блоком биохимического регулирования (RU Патент №2060970 С1, МПК C02F 3/32. Устьевое водоохранное сооружение. / С.Я.Безднина, О.И.Куприянов. - Заявка №93012936/26; заявлено 12.03.1993; опубл. 27.05.1996).
К недостаткам устьевого водоохранного сооружения относятся низкая эффективность процесса очистки воды на начальной (весной) и конечной (осенью) ежегодных фазах развития высшей водной растительности, низкая эффективность аэрации очищаемого потока воды с помощью водосливов-аэраторов по сравнению с подачей воздуха непосредственно в водную толщу, снижение фильтрационной способности фильтрационно-переливной плотины в результате кольматации фильтрующего материала в процессе эксплуатации сооружения, отсутствие средств ухода за высшей водной растительностью, извлечения и утилизации остатков высшей водной растительности после завершения ежегодного цикла работы сооружения; отсутствие контроля над степенью очистки дренажных вод.
5
Известна система биохимической очистки возвратных вод, включающая трехучастковую зону биофильтрации, каждый из участков которой выполнен в виде водоохраной полосы, представляющей собой траншею с пологими откосами, засаженную водной растительностью, система дополнительно снабжена блоками предварительной и окончательной химмелиорации, расположенными до и после блока биоочистки и сообщенными с ним посредством шлюзовых вододелителей, каждый блок химмелиорации содержит средство для внесения химмелиоранта и размещенные в водотоке средство для перемешивания химмелиоранта с водой, аэрации и последующего гашения энергии потока воды, при этом каждая из трех водоохранных полос соединена протоками со шлюзами вододелителя, по дну большей по площади из них уложены дрены для сбора воды и отвода во вторую полосу, дополнительно засыпанную фильтрующим слоем грунта с растущей на ней высшей водной растительностью, при этом дрены снабжены смотровыми колодцами в истоках, а их устья расположены по всей длине откоса соседней полосы на уровне ее дна (RU Патент №2001887 С1, МПК C02F 3/34. Система «БИОКОМ» биохимической очистки возвратных вод. / С.Я.Безднина, О.И.Куприянов. - Заявка №4941094/13; заявлено 23.04.1991; опубл. 30.01.1993, бюл. №39-40).
К недостаткам системы «БИОКОМ» следует отнести низкую эффективность процесса очистки воды на начальной (весной) и конечной (осенью) ежегодных фазах развития высшей водной растительности, низкую эффективность аэрации очищаемого потока воды с помощью водосливов-аэраторов по сравнению с подачей воздуха непосредственно в водную толщу, отсутствие средств ухода за высшей водной растительностью, извлечения и утилизации остатков высшей водной растительности после завершения ежегодного цикла работы сооружения; отсутствие контроля качества воды в процессе очистки.
7
Известна система регулирования качества коллекторно-дренажных вод, включающая аванкамеру, блок физико-химического регулирования, блок биохимического регулирования в виде траншеи с высшей водной растительностью и фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна которых выполнена уменьшающейся по направлению движения воды, и имеющей слой грунта с травами, водосливы-аэраторы, и сбросной трубопровод в виде нескольких ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенный сквозь водосливы-аэраторы и соединяющий блок физико-химического регулирования с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод, система снабжена блоком кондиционирования очищенной воды и технологическим узлом для внесения химических мелиорантов, при этом блок кондиционирования посредством водосливов-аэраторов с одной стороны сопряжен с блоком биохимического регулирования, а с другой - с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод (RU Патент №2168470 С2, МПК C02F 3/32, A01G 25/00. Система регулирования качества коллекторно-дренажных вод. / С.Я. Безднина, Е.В.Овчинникова. - Заявка №99104245/12; заявлено 03.03.1999; опубл. 10.06.2001).
К недостаткам системы регулирования качества коллекторно-дренажных вод следует отнести низкую эффективность процесса очистки воды на начальной (весной) и конечной (осенью) ежегодных фазах развития высшей водной растительности, низкую эффективность аэрации очищаемого потока воды с помощью водосливов-аэраторов по сравнению с подачей воздуха непосредственно в водную толщу, отсутствие средств ухода за высшей водной растительностью, извлечения и утилизации остатков высшей водной растительности после завершения ежегодного цикла работы сооружения, отсутствие контроля качества воды в процессе очистки.
Известна система биохимической очистки и регулирования качества коллекторно-дренажных вод по патенту №2168470, в которой вдоль нижней части затопляемой поверхности верхового откоса фильтрационно-переливной плотины выполнена выемка и размещен насыпной фильтр из сорбента или фильтр в виде емкостей из сетки, заполненных сорбентом, в конце вегетационного периода, до заморозков, сетки снимают и отправляют на регенерацию для восстановления поглощающих свойств (Безднина С.Я. Биохимическая очистка и регулирование качества коллекторно-дренажных вод. / С.Я.Безднина, Е.В.Овчинникова. // Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. Научное издание. - М.: РАСХН, ВНИИГиМ, 2006. - С.192-203, рис.2.18, с.195).
К недостаткам указанной системы следует отнести низкую эффективность процесса очистки воды на начальной (весной) и конечной (осенью) ежегодных фазах развития высшей водной растительности, низкую эффективность аэрации очищаемого потока воды с помощью водосливов-аэраторов по сравнению с подачей воздуха непосредственно в водную толщу, низкую эффективность сорбционной очистки воды в режиме перелива потока через фильтрационно-переливную плотину, отсутствие средств ухода за высшей водной растительностью, извлечения и утилизации остатков высшей водной растительности после завершения ежегодного цикла работы сооружения, отсутствие средств для извлечения и установки сорбционного фильтра и станции регенерации сорбционных фильтров, отсутствие контроля качества воды в процессе очистки.
Эта система биохимической очистки и регулирования качества коллекторно-дренажных вод и система «БИОКОМ» биохимической очистки возвратных вод по патенту №2001887, как наиболее близкие к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, приняты нами за ближайшие аналоги.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - очистка дренажных вод от химических загрязнений, частично от физических и биологических загрязнений и регулирование их качества в соответствии с требованиями потенциальных потребителей.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - повышение эффективности процесса очистки и расширение функциональных возможностей сооружения за счет многовариантной комбинации применения во времени и в пространстве различных способов очистки воды с помощью сорбционных фильтров в результате горизонтальной, вертикальной (нисходящей и восходящей) фильтрации в толще почвогрунтов с использованием высшей водной растительности, аэрации потока и последующего кондиционирования качества очищенной воды способом химической мелиорации; создание завершенного технологического процесса очистки воды за счет регенерации отработанных сорбционных фильтров, применения вспомогательных сооружений и средств, обеспечивающих разведение рассады, посадку, уход, скашивание высшей водной растительности с последующим складированием, сушкой и утилизацией растительных остатков, контроля химического состава воды в процессе очистки, предотвращения подъема уровня грунтовых вод за пределами границ сооружения.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное сооружение, созданное на модульной основе и включающее подводящий канал с водораспределительными сооружениями, блок биохимической очистки в виде емкости с высшей водной растительностью, снабженный в донной части дренами, блок аэрации, блок химической мелиорации очищенной воды, блок сорбционной очистки, отводной канал с сооружениями, причем блоки биохимической и сорбционной очистки гидравлически связаны на входе и на выходе с подводящим и отводным каналами посредством каналов и сооружений, согласно изобретению дополнительно снабжено станцией регенерации сорбционных фильтров, бассейном-питомником для выращивания рассады высшей водной растительности, площадками для утилизации остатков высшей водной растительности, пунктами контроля химического состава и качества воды, отсечным дренажом, распределительным каналом с водораспределительными сооружениями в виде шлюзов-регуляторов и шлюзов-авторегуляторов, не менее чем одним модульным элементом очистки, гидравлически связанным на входе с распределительным каналом подводящими каналами, а на выходе - с отводным каналом очищенной воды, причем модульный элемент очистки включает блок сорбционной очистки, который выполнен в виде водотока прямоугольного, трапецеидального или иного профиля и разделен в горизонтальной плоскости на нижнюю и верхнюю полости плитой с равномерно распределенными отверстиями и с установленными в них фильтрами в виде металлического каркаса, обтянутого металлической сеткой и заполненного гранулированным искусственным или природным сорбентом, причем блок сорбционной очистки снабжен на входе в нижнюю полость шлюзом-авторегулятором, на входе в верхнюю полость - шлюзом-регулятором, на выходе из нижней полости - сбросными трубопроводами с задвижками, на выходе из верхней полости - шлюзом-регулятором и гасителем энергии потока, блок биохимической очистки, который выполнен в виде биологического пруда с высшей водной растительностью, состоящего из двух отсеков, разделенных плотиной-перемычкой с водовыпусками, и включающего входной трубчатый шлюз-регулятор, гидравлически связанный с одной стороны с подводящим каналом, а с другой - с перфорированным трубопроводом для равномерной подачи очищаемой воды в блок биохимической очистки, выходной трубчатый шлюз-регулятор, дренажную систему из дрен двойного действия в пределах первого отсека и осушительных дрен в пределах второго отсека, соединенных с одной стороны через распределительные колодцы с закрытым коллектором для отвода очищенной воды, причем дрены двойного действия дополнительно гидравлически связаны через задвижки с верхней полостью блока сорбционной очистки, блок аэрации очищаемой воды в пределах блока биохимической очистки одного, двух и более модульных элементов, снабженный энергетической установкой, компрессором с ресивером, воздушным коллектором с распределительными колодцами и перфорированными трубопроводами, уложенными в траншеи и засыпанными гравийной смесью, препятствующей их всплыванию, при этом перфорированные трубопроводы расположены поперек горизонтальному движению потока очищаемой воды по направлению от входного трубчатого шлюза-регулятора к выходному трубчатому шлюзу-регулятору блока биохимической очистки; станция сорбционных фильтров снабжена емкостями для хранения реагентов, дозатором, узлом для приготовления промывного раствора, стендом для промывки фильтра, емкостью для сбора отработанного промывного раствора, механизмами для установки сорбционного фильтра на стенд и его извлечения после промывки; блок сорбционной очистки дополнительно снабжен мостовым краном, перемещающимся по рельсовому пути вдоль блока сорбционной очистки модульного элемента и обеспечивающим извлечение отработанных сорбционных фильтров и установку восстановленных или новых фильтров; бассейн-питомник для выращивания рассады высшей водной растительности выполнен в виде емкости с противофильтрационным покрытием и слоем почвы на дне, позволяющей выращивать высшую водную растительность, и заполнен дренажной водой из коллектора или из оросительного канала, или талой водой, или их смесью; блок биохимической очистки дополнительно снабжен мостовым краном, перемещающимся по рельсовому пути вдоль блока биохимической очистки модульного элемента и имеющим платформу для выполнения операций по посадке рассады, ухода за высшей водной растительностью, размещения механизмов скашивания и сбора водной растительности, механизмом перемещения платформы вдоль мостового крана и по высоте транспортером для подачи рассады высшей водной растительности в пределы отсеков блока биохимической очистки и перемещения скошенных остатков высшей водной растительности на берега отсеков блока биохимической очистки модульного элемента; каждая площадка для утилизации растительных остатков снабжена зоной складирования и сушки растительных остатков, устройствами для их сжигания и изготовления из золы брикетов; пункты контроля химического состава и качества воды расположены на входе в сооружение, на выходе из блоков сорбционной и биохимической очистки каждого модульного элемента, на выходе из сооружения и каждый пункт снабжен приборами для контроля уровня минерализации и химического состава; отсечный дренаж снабжен закрытыми дренами и/или скважинами, расположенными за пределами внешнего контура границ сооружения, гидравлически связанными с приемным колодцем, насосной станцией для забора воды из колодца и подачи в дренажный коллектор ниже распределительного канала в сооружение.
За счет того, что сооружение реализует следующие варианты процессов очистки воды, выраженные в виде комбинаций: С, С+П+ВВР, С+П+ВВР+А, С+П+ВВР+П, С+П+ВВР+А+П, ВВР, ВВР+А, ВВР+П, ВВР+П+С, ВВР+А+П, ВВР+А+П+С, где С - очистка воды сорбентами; П - очистка воды в толще почвогрунтов; ВВР - очистка воды высшей водной растительностью (ВВР); А - аэрация воды, при различных направлениях движения потока очищаемой воды относительно сорбционных фильтров, почвогрунтов и высшей водной растительности; завершенный технологический процесс очистки за счет включения в его состав станции регенерации сорбционных фильтров, вспомогательных сооружений и средств, обеспечивающих оперативную замену отработанных сорбционных фильтров, разведение рассады, посадку, уход, скашивание высшей водной растительности с последующим складированием, сушкой и утилизацией растительных остатков; контроль химического состава воды в процессе очистки; отсечный дренаж не допускает повышения уровня грунтовых вод за пределами внешнего контура границ сооружения, достигается указанный технический результат.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено сооружение для очистки и регулирования качества дренажных вод (вид в плане), местный вырыв В, показывающий мостовой кран 67, перемещающийся вдоль блока 17 (18) биохимической очистки по рельсовому пути 69 (вид сверху), место Г - блок сорбционной очистки воды 15 (16), вид сверху.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 - место Г на фиг.1, блок сорбционной очистки воды 15 (16), вид сверху.
На фиг.5 - разрез Д-Д на фиг.4, при работе сорбционных фильтров 23 в вертикальном восходящем потоке.
На фиг.6 - разрез Е-Е на фиг.5.
На фиг.7 показан отсечный дренаж в виде закрытых дрен 71 и 72, приемного колодца 74 и насосной станции 75, вид сверху.
На фиг.8, 9 и 10 представлены структурные схемы движения потока дренажных (сточных) вод при двадцати трех основных режимах функционирования модульного элемента сооружения, включающего блок 15 сорбционной очистки, блок 17 биохимической очистки, блок аэрации (совокупность элементов 25-29 сооружения), блок 21 химической мелиорации воды и систему элементов сооружения, обеспечивающую подвод очищаемой воды к указанным блокам и отвод очищенной воды потенциальному потребителю. Символ В на фиг.8, 9 и 10 - водная среда (дренажная вода).
Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения, заключаются в следующем.
Сооружение располагают в зоне трассы дренажного коллектора 1 со шлюзом-регулятором 2. Сооружение снабжено распределительным каналом 3 со шлюзами-регуляторами 4, 5 и 6, шлюзами-авторегуляторами 7, 8, 9 и 10 в начале подводящих каналов 11, 12, 13 и 14, блоками 15 и 16 сорбционной очистки, блоками 17 и 18 биохимической очистки, отводным каналом 19 очищенных на блоках 15-18 дренажных вод со шлюзом-регулятором 20, блоком 21 химической мелиорации очищенной воды, станцией 22 регенерации сорбционных фильтров 23, бассейном-питомником 24 для выращивания рассады высшей водной растительности, энергетической, например ветроэнергетической, установкой 25, компрессором 26 с ресивером, подающим сжатый воздух по воздушному коллектору 27 с распределительными колодцами 28 в перфорированные трубопроводы 29, расположенные в пределах блоков 17 и 18 биохимической очистки, пунктами контроля 30 химического состава и качества воды, отсечным дренажом в виде закрытых дрен 71 и 72 или скважин (не показаны), расположенных за пределами внешнего контура границ сооружения (фиг.1-7).
Распределительный канал 3, подводящие каналы 11, 12, 13 и 14, отводной канал 19 имеют противофильтрационное покрытие. Шлюзы-регуляторы 2, 4, 5, 6 работают в режиме ручного управления, шлюзы-авторегуляторы 7, 8, 9 и 10 работают в автоматическом режиме, поддерживая постоянным требуемые расход и перепад уровня воды в верхнем и нижнем бьефах, они оборудованы сороудерживающими решетками с механизмами очистки (не показаны). Шлюз-регулятор 2 предназначен для направления всего или части потока, транспортируемого по дренажному коллектору 1, через сооружение, поддержания необходимого напора перед шлюзом-регулятором 4.
Блок 21 химической мелиорации очищенной воды снабжен емкостями для реагентов, дозирующими аппаратами и устройством для подачи реагентов в канал 19 (не показаны).
Станция 22 регенерации сорбционных фильтров предназначена для восстановления поглотительной способности отработанных фильтров из природных или искусственных гранулированных сорбентов, например, раствором аммиака или аммиачной селитры (5-10% к массе сорбента с последующим использованием технологических отходов от процесса регенерации в качестве удобрения) (Кирейчева Л.В. Дренажные системы на орошаемых землях: прошлое, настоящее, будущее. - М.: РАСХН, ВНИИГиМ, 1999. - С.159) и снабжена емкостями для хранения реагентов, дозатором, узлом для приготовления промывного раствора, стендом для промывки фильтра, емкостью для сбора отработанного промывного раствора, механизмами для установки сорбционного фильтра на стенд и его извлечения после промывки (не показаны).
Бассейн-питомник 24 для выращивания рассады высшей водной растительности, например тростника обыкновенного, камыша озерного, рогоза узколистного и др., выполнен в виде емкости с противофильтрационным покрытием и слоем почвы на дне, позволяющей выращивать высшую водную растительность, и заполнен дренажной водой из коллектора 1 или из оросительного канала (не показан), или талой водой, или их смесью.
Энергетическая установка 25, компрессор 26, воздушный коллектор 27, распределительные колодцы воздушного коллектора 28 с арматурой (не показана) и перфорированные трубопроводы для подачи воздуха 29 образуют блок аэрации. Компрессор 26 снабжен ресивером (не показан) для подачи воздуха в перфорированные трубопроводы 29 в безветренный период, а сами трубопроводы 29 укладывают в траншеи и засыпают гравийной смесью, препятствующей их всплыванию, при этом перфорированные трубопроводы располагают поперек горизонтальному движению потока очищаемой воды по направлению от входного трубчатого шлюза-регулятора 57 к выходному трубчатому шлюзу-регулятору 66 блоков 17 и 18 биохимической очистки.
Пункты контроля 30 химического состава и качества воды расположены на входе в сооружение, на выходе из блоков 15 и 16 сорбционной и 17 и 18 биохимической очистки, на выходе из сооружения на отводном канале 19 и каждый пункт 30 снабжен приборами для контроля уровня минерализации и химического состава воды.
Отсечный дренаж предназначен для предотвращения подъема уровня грунтовых вод в зоне влияния сооружения и снабжен закрытыми дренами 71, 72 и/или скважинами вертикального дренажа (не показаны), расположенными за пределами внешнего контура границ 73 сооружения, гидравлически связанными с приемным колодцем 74, насосной станцией 75 для забора воды из колодца 74 и подачи в дренажный коллектор 1 ниже распределительного канала 3 сооружения (фиг.7).
Блок 15 (фиг.4-6) выполнен в виде водотока прямоугольного профиля, например, из железобетона с дном 31, вертикальными стенами 32 и отмосткой 33, разделен в горизонтальной плоскости на нижнюю 34 и верхнюю 35 полости железобетонной плитой 36 с равномерно распределенными по площади отверстиями 37 и с установленными в них сорбционными фильтрами 23. Плита 36 опирается на выступы 38 стен 32 и опорные блоки 39 и 40. На входе в блок 15 сорбционной очистки размещены входной шлюз-авторегулятор 41 для подачи воды в нижнюю полость 34 блока и входной шлюз-регулятор 42 для подачи воды в верхнюю полость 35 блока. Для регулирования водоотведения из верхней полости 35 блока 15 используют выходной шлюз-регулятор 43. Выступ 44 применен в качестве гасителя энергии потока, поступающего из верхней полости 35 блока 15. Нижняя полость 34 блока 15 гидравлически связана с отводным каналом 19 посредством двух сбросных трубопроводов 45 с задвижками 46. Сорбционный фильтр 23 выполнен в виде параллелепипеда или куба, снабжен металлическим каркасом 47, обтянутым металлической сеткой 48, и сетчатой крышкой (не показана) и заполнен естественным или искусственным гранулированным сорбентом 49. В верхней полости 35 блока 15 сорбционной очистки на высоте 10 см от плиты 36 размещены задвижки 50, гидравлически связанные с дренами 51 двойного действия блока 17 биохимической очистки. Для извлечения отработанных сорбционных фильтров 23, их перемещения на станцию регенерации 22 и для установки восстановленных или новых фильтров блок 15 сорбционной очистки снабжен мостовым краном 52, перемещающимся по рельсовому пути 69 вдоль блока сорбционной очистки.
Блок 16 сорбционной очистки имеет аналогичную конструкцию.
Блок 17 (фиг.1-3) биохимической очистки выполнен в виде проточного биологического пруда с высшей водной растительностью, например тростником обыкновенным, камышом озерным, рогозом узколистным и др. (не показана), и состоит из двух отсеков 53 и 54, разделенных плотиной-перемычкой 55 с водовыпусками 56. Он снабжен входным трубчатым шлюзом-регулятором 57, гидравлически связанным посредством трубопровода 58 с перфорированным трубопроводом 59 для равномерной подачи очищаемой воды в блок, размещенным в нижней части распределительного канала 60 с противофильтрационной защитой, дренажной системой из дрен 51 двойного действия в пределах отсека 53 и осушительных дрен 61 в пределах отсека 54, соединенных с одной стороны через распределительные колодцы 62 с закрытым коллектором 63, по которому дренажный сток из толщи почвогрунтов блока 17 поступает в отводной канал 19, а дрены 51 двойного действия с другой стороны дополнительно гидравлически связаны через задвижки 50 с верхней полостью 35 блока 15 сорбционной очистки, каналом-собирателем 64 с противофильтрационной защитой, откуда через трубопровод 65 и выходной трубчатый шлюз-регулятор 66 дренажная вода с поверхности отсеков 53 и 54 отводится в канал 19. Блок 17 биохимической очистки снабжен мостовым краном 67, перемещающимся по рельсовому пути 69 вдоль блока и имеющим платформу 70 для выполнения операций по посадке рассады, ухода за высшей водной растительностью, размещения механизмов скашивания и сбора водной растительности (не показаны), механизмом перемещения платформы 70 вдоль мостового крана и по высоте (не показан), транспортером для подачи рассады высшей водной растительности в пределы отсеков блока и перемещения скошенных остатков высшей водной растительности на берега отсеков блока (не показан). Дальнейшую утилизацию растительных остатков осуществляют на специальной площадке 68, снабженной зоной складирования и сушки растительных остатков, устройствами для их сжигания и изготовления из золы брикетов (не показаны).
Блок 18 биохимической очистки имеет аналогичную конструкцию.
Сооружение работает в самотечном режиме за счет командного положения дренажного коллектора 1 и нисходящих уклонов открытых водопроводящих элементов сооружения от его входа - шлюз-регулятор 4 до выхода - шлюз-авторегулятор 20.
Сооружение работает следующим образом.
Сооружение имеет модульную основу и в описанном выше варианте (фиг.1) имеет два одинаковых модуля, каждый из которых состоит из взаимосвязанных блоков сорбционной и биохимической очистки воды 15, 17 и 16, 18, с общей подводящей и отводящей системой каналов и сооружений. Блок аэрации (совокупность элементов 25-29 сооружения) обслуживает два модуля одновременно.
Приведенное ниже описание функционирования сооружения дано применительно к одному модульному элементу (с блоком 15 сорбционной очистки и блоком 17 биохимической очистки). Прелагаемое техническое решение обеспечивает многовариантное функционирование модуля по набору и комбинации способов очистки воды и их пространственной и временной реализации в пределах модуля (табл.1).
Работу модульного элемента сооружения в каждом режиме поясним примерами.
Пример 1. Режим №1 служит для подачи воды потребителю без очистки при условии, что ее качество, по данным пункта контроля 30 в коллекторе 1, удовлетворяет требованиям потенциального потребителя (таблица 1, фиг.8). Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 5, через шлюз-авторегулятор 7 в подводящий канал 11. Затем, при закрытом шлюзе-регуляторе 42, через шлюз-авторегулятор 41 вода попадает в нижнюю полость 34 блока сорбционной очистки 15, при этом уровень потока в полости 34 поддерживается шлюзом-авторегулятором 41 ниже нижней грани (плоскости) сорбционных фильтров 23. Из нижней полости 34 блока 15 вода по двум сбросным трубопроводам 45 с открытыми задвижками 46 перетекает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 2. Режим №2 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока (таблица 1, фиг.8). Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 5, через шлюз-авторегулятор 7 в подводящий канал 11. Затем, при закрытом шлюзе-авторегуляторе 41, через шлюз-регулятор 42 вода попадает в верхнюю полость 35 блока сорбционной очистки 15 и, проходя через сорбционные фильтры 23, поступает в нижнюю полость 34 блока 15, при этом уровень воды в верхней полости 35 поддерживается постоянным и таким, чтобы скорость вертикально нисходящей фильтрации потока через фильтры 23 была не более заданного значения, что регулируется степенью открытия задвижек 46. Например, при использовании в качестве сорбента гранулированного сапропеля скорость фильтрации не должна превышать 40 м/сут (Купцова А.А. Улучшение качества дренажных вод природными сорбентами: автореф. дис. … канд. техн. наук / Купцова Анастасия Александровна. - М., 1998. - С.20). Из нижней полости 34 блока 15 очищенная вода по двум сбросным трубопроводам 45 с открытыми задвижками 46 перетекает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 3. Режим №3 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально восходящем движении потока (таблица 1, фиг.8). Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 5, через шлюз-авторегулятор 7 в подводящий канал 11. Затем, при закрытых шлюзе-регуляторе 42 и задвижках 46 на сбросных трубопроводах 45, через шлюз-авторегулятор 41 вода попадает в нижнюю полость 34 блока сорбционной очистки 15 и, проходя через сорбционные фильтры 23, поступает в верхнюю полость 35 блока 15, при этом напор воды Z, равный разности отметок уровней воды в верхнем (ВБ) и нижнем (НБ) бьефах шлюза-авторегулятора 41 (фиг.5), поддерживается постоянным и обеспечивает скорость вертикально восходящей фильтрации потока через фильтры 23 не более заданного значения. Из верхней полости 35 блока 15 очищенная вода через шлюз-регулятор 43 и гаситель энергии потока 44 поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Для реализации нижеприведенных режимов работы сооружения (режимы №4-23) необходима эксплуатационная готовность блока 17 биохимической очистки. Для этого в весенний период дренажную воду из коллектора 1 подают через шлюз-авторегулятор 4 по распределительному каналу 3, через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, при этом шлюз-авторегулятор 7, шлюзы-регуляторы 6 и 66 закрыты, водовыпуски 56 открыты, а дрены 51 двойного действия и осушительные дрены 61 отключены посредством задвижек 50 и арматуры в колодцах 62 (не показана). Из подводящего канала 12 вода через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 поступает в распределительный канал 60, заполняет его и равномерно распределяется в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, наполняя их до глубины, необходимой и достаточной для посадки рассады высшей водной растительности. При достижении среднесуточной температуры воды и почвы +8°С (Безднина С.Я. Биохимическая очистка и регулирование качества коллекторно-дренажных вод. / С.Я.Безднина, Е.В.Овчинникова. // Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. Научное издание. - М.: РАСХН, ВНИИГиМ, 2006. -С.199) предварительно выращенную в бассейне-питомнике 24 или доставленную из других водных объектов рассаду высшей водной растительности высаживают вручную или с использованием иных механизмов (не являются объектом изобретения) в пределах отсеков 53 и 54 по известной технологии, используя для этого мостовой кран 67 и передвижную вдоль мостового крана 67 и по высоте платформу 70. Затем уровень воды в отсеках 53 и 54 поднимают до необходимой высоты, определяемой биологическими требованиями используемых видов высшей водной растительности, и прекращают подачу воды в блок 17 посредством закрытия шлюза-регулятора 57. Необходимая продолжительность выращивания высшей водной растительности определяется биологическими особенностями используемых культур, совокупностью почвенных, климатических и иных природных факторов и составляет не менее 1 года, после чего блок 17 биохимической очистки готов к работе.
Пример 4. Режим №4 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально восходящем движении потока, в результате восходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности, движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53, при движении воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. С+П+ВВР (таблица 1, фиг.8). Необходимым условием для реализации режимов №4 - 23 является достижение среднесуточной температуры воды и почвы +8°С (Безднина С.Я. Биохимическая очистка и регулирование качества коллекторно-дренажных вод. / С.Я.Безднина, Е.В.Овчинникова. // Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. Научное издание. - М.: РАСХН, ВНИИГиМ, 2006. - С.199).
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 5, через шлюз-авторегулятор 7 в подводящий канал 11. Затем, при закрытых шлюзах-регуляторах 42, 43 и задвижках 46 на сбросных трубопроводах 45, через шлюз-авторегулятор 41 вода попадает в нижнюю полость 34 блока сорбционной очистки 15 и, проходя через сорбционные фильтры 23, поступает в верхнюю полость 35 блока 15, при этом напор воды Z, равный разности отметок уровней воды в верхнем (ВБ) и нижнем (НБ) бьефах шлюза-авторегулятора 41 (фиг.5), поддерживается постоянным и обеспечивает скорость вертикально восходящей фильтрации потока через фильтры 23 не более заданного значения, а уровень воды в верхней полости 35 занимает положение, обеспечивающее необходимый напор над дренами 51 двойного действия в отсеке 53. Частично очищенная сорбционными фильтрами 23 вода из верхней полости 35 блока 15 через открытые задвижки 50 поступает в дрены 51 двойного действия, закрытые с противоположного конца в распределительных колодцах 62, и далее через гравийно-песчаную обсыпку (не показана) фильтруется через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности в отсек 53 блока 17. Из отсека 53 вода через открытые водовыпуски 56 в теле плотины перемычки перетекает в отсек 54, при этом в пределах данного отсека осушительные дрены 61 закрыты в распределительных колодцах 62, движется вдоль него и через трубопровод 65, расположенный на уровне дна канала-собирателя 64, шлюз-регулятор 66 поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю. В процессе горизонтального движения в пределах отсеков 53 и 54 вода контактирует с внутриводной частью высшей водной растительности и поверхностью дна указанных отсеков, что обеспечивает условия для ее очистки с помощью этих объектов.
Пример 5. Режим №5 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально восходящем движении потока, в результате восходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности, движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. С+П+ВВР+А (таблица 1, фиг.8).
2
Режим №5 выполняют аналогично режиму №4, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Подачу воздуха осуществляют компрессором 26, снабженным ресивером (не показан), с приводом от энергетической установки 25, например ветроэнергетической, по воздушному коллектору 27 с распределительными колодцами 28 и арматурой (не показана) через перфорированные трубопроводы 29, например, со скоростью 0,15÷0,20 л·с/м в течение не менее 1,5÷2,0 ч в сутки.
Пример 6. Режим №6 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально восходящем движении потока, в результате восходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности, движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53, при движении воды вдоль поверхности почвы, высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54, в результате нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. С+П+ВВР+П (таблица 1, фиг.8).
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 5, через шлюз-авторегулятор 7 в подводящий канал 11. Затем, при закрытых шлюзах-регуляторах 42, 43 и задвижках 46 на сбросных трубопроводах 45, через шлюз-авторегулятор 41 вода попадает в нижнюю полость 34 блока сорбционной очистки 15 и, проходя через сорбционные фильтры 23, поступает в верхнюю полость 35 блока 15, при этом напор воды Z, равный разности отметок уровней воды в верхнем (ВБ) и нижнем (НБ) бьефах шлюза-авторегулятора 41 (фиг.5), поддерживается постоянным и обеспечивает скорость вертикально восходящей фильтрации потока через фильтры 23 не более заданного значения, а уровень воды в верхней полости 35 занимает положение, обеспечивающее необходимый напор над дренами 51 двойного действия в отсеке 53. Частично очищенная сорбционными фильтрами 23 вода из верхней полости 35 блока 15 через открытые задвижки 50 поступает в дрены 51 двойного действия, закрытые с противоположного конца в распределительных колодцах 62, и далее через гравийно-песчаную обсыпку (не показана) фильтруется через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности в отсек 53 блока 17. Из отсека 53 вода через открытые водовыпуски 56 в теле плотины перемычки перетекает в отсек 54, при этом шлюз-регулятор 66 закрыт, а осушительные дрены 61 в распределительных колодцах 62 открыты, движется вдоль него и фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток перехватывают осушительные дрены 61, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 7. Режим №7 обеспечивает очистку воды с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально восходящем движении потока, в результате восходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности, движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54, в результате нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. С+П+ВВР+А+П (таблица 1, фиг.8).
Режим №7 выполняют аналогично режиму №6, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 8. Режим №8 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР (таблица 1, фиг.8).
Блок сорбционной очистки 15 в данном режиме работы сооружения не участвует, шлюз-авторегулятор 7 закрыт, дрены двойного действия 51 закрыты задвижками 50 и арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62, осушительные дрены 61 отключены арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3 и, при закрытом шлюзе-регуляторе 6, через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки. Из отсека 53 вода через водовыпуски 56 в плотине-перемычке 55 перетекает в отсек 54 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки, проходит вдоль него и по трубопроводу 65, расположенному на уровне дна канала-собирателя 64, через выходной трубчатый шлюз-регулятор 66 поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 9. Режим №9 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А (таблица 1, фиг.8).
Режим №9 выполняют аналогично режиму №8, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 10. Режим №10 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, т.е. ВВР+П (таблица 1, фиг.8).
Блок сорбционной очистки 15 и отсек 54 блока 17 биохимической очистки в данном режиме работы сооружения не участвуют, шлюз-регулятор 6, шлюз-авторегулятор 7 и водовыпуски 56 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны задвижками 50, осушительные дрены 61 отключены арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки, распространяется в его пределах и фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток перехватывают дрены двойного действия 51, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 11. Режим №11 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, т.е. ВВР+А+П (таблица 1, фиг.9).
Режим №11 выполняют аналогично режиму №10, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 12. Режим №12 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, при движении воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+П для отсека 53 и ВВР для отсека 54 (таблица 1, фиг.9).
Блок сорбционной очистки 15 в данном режиме работы сооружения не участвует, шлюз-регулятор 6 и шлюз-авторегулятор 7 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны задвижками 50, осушительные дрены 61 отключены арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки, распространяется в его пределах. Часть поступившего в отсек 53 расхода очищаемой воды фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности, а часть расхода поступает через водовыпуски 56 в отсек 54 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки.
Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 53 перехватывают дрены двойного действия 51, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Поступившая из отсека 53 в отсек 54 вода проходит вдоль него и по трубопроводу 65, расположенному на уровне дна канала-собирателя 64, через выходной трубчатый шлюз-регулятор 66 поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 13. Режим №13 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, при движении воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А+П для отсека 53 и ВВР+А для отсека 54 (таблица 1, фиг.9).
Режим №13 выполняют аналогично режиму №12, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 14. Режим №14 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+П (таблица 1, фиг.9).
Блок сорбционной очистки 15 в данном режиме работы сооружения не участвует, шлюз-регулятор 6, шлюз-авторегулятор 7 и шлюз-регулятор 66 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны задвижками 50.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью, распространяется в его пределах и перетекает через водовыпуски 56 в отсек 54 блока 17 биохимической очистки, где также распространяется в его пределах.
Вода из отсеков 53 и 54 фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 53 перехватывают дрены двойного действия 51, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю. Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 54 перехватывают осушительные дрены 61, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 15. Режим №15 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А+П (таблица 1, фиг.9).
Режим №15 выполняют аналогично режиму №14, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 16. Режим №16 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53, в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+П (таблица 1, фиг.9).
Блок сорбционной очистки 15 в данном режиме работы сооружения не участвует, шлюз-регулятор 6, шлюз-авторегулятор 7 и шлюз-регулятор 66 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны задвижками 50, с другой - арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью, распространяется в его пределах и перетекает через водовыпуски 56 в отсек 54 блока 17 биохимической очистки, где также распространяется в его пределах. Вода из отсека 54 фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 54 перехватывают осушительные дрены 61, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 17. Режим №17 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53, в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А+П (таблица 1, фиг.9).
Режим №17 выполняют аналогично режиму №16, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 18. Режим №18 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53 блока 17 биохимической очистки, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, т.е. ВВР+П+С (таблица 1, фиг.10).
Отсек 54 блока 17 биохимической очистки в данном режиме работы сооружения не участвует, шлюзы-регуляторы 6, 42 и 43, шлюзы-авторегуляторы 7 и 41, водовыпуски 56 и шлюз-регулятор 66 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью и распространяется в его пределах. Вода из отсека 53 фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 53 перехватывают дрены двойного действия 51, отводят через задвижки 50 в верхнюю полость 35 блока сорбционной очистки 15. Далее вода проходит через сорбционные фильтры 23 и поступает в нижнюю полость 34 блока 15, при этом уровень воды в верхней полости 35 поддерживается постоянным и таким, чтобы скорость вертикально нисходящей фильтрации потока через фильтры 23 была не более заданного значения. Из нижней полости 34 блока 15 очищенная вода по двум сбросным трубопроводам 45 с открытыми задвижками 46 перетекает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 19. Режим №19 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53 блока 17 биохимической очистки, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, т.е. ВВР+А+П+С (таблица 1, фиг.10).
Режим №19 выполняют аналогично режиму №18, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 53 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 20. Режим №20 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+П+С для отсека 53 и ВВР для отсека 54 (таблица 1, фиг.10).
При данном режиме работы сооружения шлюзы-регуляторы 6, 42 и 43, шлюзы-авторегуляторы 7 и 41 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62, осушительные дрены закрыты арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки и распространяется в его пределах. Часть поступившего в отсек 53 расхода очищаемой воды фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности, а часть расхода поступает через водовыпуски 56 в отсек 54 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки.
Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 53 перехватывают дрены двойного действия 51, отводят через задвижки 50 в верхнюю полость 35 блока сорбционной очистки 15. Далее вода проходит через сорбционные фильтры 23 и поступает в нижнюю полость 34 блока 15, при этом уровень воды в верхней полости 35 поддерживается постоянным и таким, чтобы скорость вертикально нисходящей фильтрации потока через фильтры 23 была не более заданного значения. Из нижней полости 34 блока 15 очищенная вода по двум сбросным трубопроводам 45 с открытыми задвижками 46 перетекает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Поступившая из отсека 53 в отсек 54 вода проходит вдоль него и по трубопроводу 65, расположенному на уровне дна канала-собирателя 64, через выходной трубчатый шлюз-регулятор 66 поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 21. Режим №21 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А+П+С для отсека 53 и ВВР+А для отсека 54 (таблица 1, фиг.10).
Режим №21 выполняют аналогично режиму №20, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Пример 22. Режим №22 обеспечивает очистку в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, в результате движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+П+С для отсека 53 и ВВР+П для отсека 54 (таблица 1, фиг.10).
При данном режиме работы сооружения шлюзы-регуляторы 6, 42, 43 и 66, шлюзы-авторегуляторы 7 и 41 закрыты, дрены двойного действия 51 закрыты с одной стороны арматурой (не показана) в распределительных колодцах 62.
Дренажная вода из коллектора 1 самотеком через шлюз-регулятор 4 поступает в распределительный канал 3, далее через шлюз-регулятор 5 и шлюз-авторегулятор 8 в подводящий канал 12, затем через входной трубчатый шлюз-регулятор 57, трубопровод 58 и перфорированный трубопровод 59 в отсек 53 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки и распространяется в его пределах. Часть поступившего в отсек 53 расхода очищаемой воды фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности, а часть расхода поступает через водовыпуски 56 в отсек 54 с высшей водной растительностью блока 17 биохимической очистки.
Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 53 перехватывают дрены двойного действия 51, отводят через задвижки 50 в верхнюю полость 35 блока сорбционной очистки 15. Далее вода проходит через сорбционные фильтры 23 и поступает в нижнюю полость 34 блока 15, при этом уровень воды в верхней полости 35 поддерживается постоянным и таким, чтобы скорость вертикально нисходящей фильтрации потока через фильтры 23 была не более заданного значения. Из нижней полости 34 блока 15 очищенная вода по двум сбросным трубопроводам 45 с открытыми задвижками 46 перетекает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Вода из отсека 54 фильтруется вниз через толщу почвогрунтов и корневую систему высшей водной растительности. Нисходящий фильтрационный поток в пределах отсека 54 перехватывают осушительные дрены 61, отводят его через распределительные колодцы 62 в закрытый коллектор 63, по которому очищенная вода поступает в отводной канал 19 и далее по нему через открытый шлюз-регулятор 20 подается потребителю.
Пример 23. Режим №23 обеспечивает очистку в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов, корневую систему высшей водной растительности в пределах отсека 53, с помощью сорбционных фильтров 23 при вертикально нисходящем движении потока, в результате движения воды в условиях принудительной ее аэрации вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними, нисходящей фильтрации через толщу почвогрунтов в пределах отсека 54 блока 17 биохимической очистки, т.е. ВВР+А+П+С для отсека 53 и ВВР+А+П для отсека 54 (таблица 1, фиг.10).
Режим №23 выполняют аналогично режиму №22, при этом дополнительно в процессе движения воды вдоль поверхности почвы и высшей водной растительности и контакта с ними в пределах отсеков 53 и 54 блока 17 биохимической очистки выполняют аэрацию потока. Описание процесса аэрации потока очищаемой воды приведено в примере 5.
Для всех рассмотренных режимов работы сооружения качество воды в соответствии с требованиями потенциальных потребителей при необходимости улучшают за счет применения химической мелиорации с использованием блока 21 на отводном канале 19. Изменение качества очищенной воды достигают путем внесения в нее различных химических веществ с целью выведения токсичных ионов, изменения соотношения ионов и рН, насыщения воды различными элементами. В качестве таких веществ применяют кальциевую селитру, гипс, известь, перманганат калия и др.
Приведенные примеры описания основных 23 режимов работы сооружения доказывают существенное расширение его функциональных возможностей по отношению к ближайшим аналогам.
Ниже приведены сведения, подтверждающие возможность и эффективность применения способов очистки воды, реализуемых сооружением.
В таблице 2 содержатся данные об эффективности очистки дренажно-сбросных вод различными сорбентами, испытанными в ЮжНИИГиМ (Капустян А.С.Очистка и утилизация дренажно-сбросных вод оросительных систем. /А.С.Капустян, В.П.Пальцев, А.В.Щедрин. / ГУ ЮжНИИГиМ. - М., 2000. - С.194, 204).
Данные ВНИИГиМ об эффективности очистки дренажно-сбросных вод с помощью гранулированного сапропеля, цеолита и сорбента СОРБЭКС приведены в таблице 3 (Купцова А.А. Улучшение качества дренажных вод природными сорбентами: автореф. дис.... канд. техн. наук. / Купцова Анастасия Александровна. - М., 1998. - С.16, табл.8).
В таблице 4 приведены данные об эффективности очистки воды некоторыми видами высшей водной растительности (Водозаборно-очистные сооружения и устройства. / М.Г.Журба, Ю.И.Вдовин, Ж.М.Говорова и др. - М.: ООО «Издательство Астрель», 2003. - С.100).
Биоинженерные сооружения конструкции ВНИИВО и Харьковгипроводхоза в виде инфильтрационных бассейнов с высаженной высшей водной растительностью (тростник обыкновенный, рогоз, камыш и др.) за счет горизонтального движения воды в среде растений и последующей фильтрации через толщу почвогрунтов обеспечивают следующий эффект очистки: от иона аммония - 81÷92%, от нитрит-иона - 92÷99%, от нитрат-иона - 86÷96%, от фосфатов - 97÷99%, от ионов тяжелых металлов - 60÷90%, от взвешенных веществ - 92÷97%, от сульфат-иона - 30÷40%, от ионов натрия, кальция, магния - 10÷20%, от органических примесей (по ХПК) - 60÷80% (Биоинженерные сооружения для очистки сточных вод сельскохозяйственного производства. Рекламный проспект.- Харьков: ВНИИВО, 1987.-2 с., а. с. №1057438).
+
2+
2+
2+
2
3
Система регулирования качества коллекторно-дренажных вод по патенту №2168470, выбранная нами в качестве аналога и имеющая более ограниченные функциональные возможности по сравнению с предлагаемым техническим решением, при исходной минерализации очищаемой воды 3 г/л обеспечивает снижение содержания нитритов, нитратов, аммония, тяжелых металлов и пестицидов на 50÷100%, хлоридов и сульфатов - на 40÷50%, регулирование рН - 6,5÷8,4, Na/Ca - до значений менее 1, Mg/Ca - до значений менее 1,5, NaСО - до 1,5 мг-экв/л (Каталог паспортов «Научно-технические достижения в мелиорации и водном хозяйстве». - М.: ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2003. - Вып.25. - Ч. 1. - С.55-56).
К позитивным качествам заявленного технического решения относятся:
использование модульного принципа позволяет создавать сооружения различной мощности, не изменяя принципиальной сущности конструкции;
многовариантность по набору и комбинации способов очистки воды, позволяющая выбрать режим работы сооружения наилучшим образом, соответствующим характеристикам объекта очистки;
низкие затраты энергии за счет применения самотечного режима работы сооружения и использования возобновляемого источника энергии - ветра, при аэрации очищаемой воды;
в отличие от известных аналогов более расширенно проработаны технологические операции, связанные с разведением, посадкой, уходом и утилизацией высшей водной растительности, а также с регенерацией сорбционных фильтров;
применение отсечного дренажа предотвращает подъем уровня грунтовых вод за пределами границ сооружения.