СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Заявляется сооружение для биологической доочистки сточных вод, которое может быть использовано для очистки бытовых сточных вод от мелких и мельчайших фракций взвешенных веществ и растворенных примесей с помощью растений, способных развивать большую адсорбирующую поверхность, работающее и в холодные периоды года. Известны различные способы биологической очистки сточных вод (патент на изобретение РФ №2186738 от 09.10.02 г., патент на изобретение №2181703 от 16.09.99 г., №2061663 от 10.08.93 г.), заключающиеся в подаче биологически очищенных сточных вод через водораспределительный канал на биоплато, в качестве которого могут использоваться биологические пруды, каналы и другие резервуары. Для очистки стоков используются различные виды растений (гигрофиты и мезофиты), способные развивать при выращивании их в водной среде корневые системы, которые по адсорбирующей способности превосходят корневые системы гидрофитов и их комбинации.
Недостатком их является сооружение решеток в резервуарах или бассейнах, в которые насаживаются растения, а также необходимость периодического удаления зеленой надводной массы. Кроме того, для эффективной работы в зимнее время необходимо размещать бассейн или резервуар в здании оранжерейного типа со стенами и крышей из светонепроницаемых материалов, что увеличивает эксплуатационные расходы на содержание очистных сооружений.
Наиболее близким является сооружение для биологической очистки сточных вод (патент РФ №2220922 от 22.10.02 г.), содержащее трубопровод впуска сточных вод, отстойник с распределительным желобом в виде зубчатого водослива, трубопровод отвода воды в бассейн с нефильтрующим дном, на котором размещена фильтрующая загрузка с насадкой высших водных растений, самотечные дрены в основании бассейна для отвода очищенных
сточных вод и колодец с устройством, регулирующем уровень воды в бассейне. Недостатком его являются большие затраты на строительство и эксплуатацию в связи с тем, что для работы сооружения в зимнее время бассейн и отстойник заглублены максимально в грунт и зимой их необходимо укрывать для защиты от замерзания, так как 30-50% очистки от нормированных инградиентов происходит за счет наземной части высших водных растений, высаженных в фильтрующую загрузку бассейна.
Заявляемое сооружение, как и известные, содержит трубопровод впуска сточных вод, биоплато, трубопровод отвода воды в бассейн с нефильтрующим дном, основание которого снабжено фильтрующей загрузкой, и трубопровод отвода очищенных сточных вод из бассейна в водоем.
Задача, решаемая при разработке данной полезной модели, заключалась в создании системы доочистки бытовых сточных вод, особенно сбрасываемых в источники забора питьевой воды для водоснабжения городов и поселков или в места обитания ценных пород рыб, базирующейся на использовании природных механизмов очистки воды.
Техническим результатом полезной модели является повышение очистки бытовых сточных вод без увеличения затрат энергии и химикатов с максимальным использованием естественных природных условий без дополнительного воздействия на окружающую среду и минимальными затратами на строительство и эксплуатацию сооружения.
Технический результат достигается тем, что биоплато представляет собой выполненный в виде серпантина искусственный поверхностный ручей с запрудами и обводной канавой, с посаженными между грядами ив высшими болотными растениями, при этом распределение сточных вод от трубопровода впуска сточных вод на биоплато осуществляется через щели или отверстия трубы, затопленной на уровне щебеночной загрузки приямка ручья.
Бассейн выложен камнем на высоте фильтрующей загрузки по сторонам впуска и выпуска сточных вод через щели или отверстия труб, соединенных с трубопроводами подачи воды в бассейн и отвода очищенных сточных вод
из бассейна, причем трубопровод отвода очищенных сточных вод из бассейна размещен ниже трубопровода подачи воды в бассейн.
Между грядами ив по берегам ручья посажены высшие болотные растения Е. Pratense Rehrh., D. Glomerata L., С. Palustre L, а в воду растения С. Aquatilis Wahlenb и Caltha arctica R.Br.Hult.
Биоплато в виде серпантином проложенного искусственного поверхностного ручья с запрудами, приямком и обводной канавой, с посаженными между грядами ив высшими болотными растениями позволяет создать природные механизмы очистки сточных вод, удалять мелкие фракции взвешенных веществ и растворенных примесей и обогащать сточные воды кислородом, что обеспечивает повышение биохимической очистки бытовых сточных вод без увеличения затрат энергии и химикатов с максимальным использованием естественных природных условий без дополнительного воздействия на окружающую среду. Запруды замедляют движение воды и увеличивают скорость выпадения осадка. Растения-макрофиты, растущие на биоплато, обеспечивают очистку сточных вод по азоту, фосфору и другим химическим и микробиологическим показателям за счет большой адсорбирующей поверхности корневых систем и надводной части, а также за счет воздействия микроорганизмов. Обводная канава предотвращает попадание на биоплато ливневых и дождевых вод с прилегающих к биоплато территорий.
Распределение сточных вод от трубопровода впуска сточных вод на биоплато через щели и отверстия трубы, затопленной на уровне щебеночной загрузки приямка ручья, обеспечивает оптимальные условия развития высшей болотной растительности на поверхности блоков сооружений за счет движения воды, за счет теплых сточных вод в зимний период, регулирования режима подачи. Так, например, в период наступления морозов, искусственно поднимают уровень воды в бассейне на 0,2-0,5 м выше уровня загрузки, и процессы очистки идут в толще стоков. Даже в очень холодные периоды температура сточной воды на выходе с биоплато и бассейна не снижалась ниже +7°С. Температура воды обеспечивает благоприятный температурный режим для протекания микробиологических процессов очистки воды.
Выполнение бассейна, выложенного камнем на высоте фильтрующей загрузки по сторонам впуска и выпуска сточных вод, осуществляемых через щели или отверстия труб, соединенных с трубопроводами подачи воды в бассейн и отвода очищенных сточных вод из бассейна, с размещением трубопровода отвода очищенных сточных вод из бассейна ниже трубопровода подачи воды в бассейн, обеспечивает движение воды через биоактивную пленку, покрывающую загрузку, через саму фильтрующую загрузку, где вода подвергается воздействию физико-химических, биохимических и биологических процессов, и очищается до требуемого качества.
Сооружение в целом эффективно очищает сточные воды по 14 химическим и микробиологическим показателям, при этом обладая дехлорирующим воздействием. Затраты на строительство сооружения минимальны в связи с использованием естественных условий местности, отсутствия строительства надземных помещений для защиты от промерзания высших водных растений, посаженных на решетках на поверхности биоплато. Не требуются и расходы на эксплуатацию сооружения.
Таким образом, заявляемое сооружение доочистки сточных вод не требует затрат энергии, химикатов и обслуживания, поскольку базируется на использовании природных механизмов очистки воды, эффективно очищает сточные воды как в летний, так и в зимний периоды.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1. представлена схема сооружения в плане, на фиг.2 - разрез А-А сооружения.
Сооружение доочистки сточных вод (см. фиг.1) представляет собой два блока доочистки: биоплато 1 (растительный блок сооружения) и бассейн 2 (фильтрационный блок сооружения), соединенные системой трубопроводов. Система трубопроводов состоит из трубопровода 3 впуска сточных вод на биоплато 1, трубопровода 4 отвода воды из биоплато 1 в бассейн 2 и трубопровода 5 отвода очищенных сточных вод из бассейна 2 в водоем. Трубопровод 3 впуска сточных вод соединен со щелевыми трубами 6, затопленными
в приямке 7 со щебеночной загрузкой. Щели труб 6 могут быть выполнены любой формы - как в виде щели, так и в виде круглых отверстий.
Трубопроводы 3-5 выполнены с устройствами 9, регулирующими уровень воды в бассейне 2, и, при необходимости, на биоплато 1. Устройства 9 могут быть выполнены в виде задвижек, например, и установлены в колодцах. Может быть проведен дополнительный трубопровод 10, соединяющий трубопровод 4 с трубопроводом 3 для возврата сточных вод на доочистку на биоплато 1.
Растительный участок биоплато 1 выполнено в виде серпантином проложенного ручья 8 с небольшими запрудами 11, замедляющими движение сточных вод и вместе с растительностью позволяющими создать искусственное верховое болото с развитой бактериальной пленкой, ограниченное обводной канавой 12. Размеры биоплато 1 могут быть различны в зависимости от условий местности. Отвод очищенных на биоплато сточных вод в бассейн 2 осуществляется трубопроводом 4 из приямка 13, расположенного в конце биоплато 1. В приямке 13 произведена прокладка кольца (на чертеже не показано), засыпанного щебеночной загрузкой, что дает в данном варианте выполнения растительного участка биоплато укрепление берегов в месте сужения и увеличения скорости потока. Между изгибающимся руслом ручья 8 посажены гряды ив 14. По берегам ручья 8 посажены растения: Е. Pratense Rehrh., D. Glomerata L., С. Palustre L. В воду тоже посажены С. Aquatilis Wahlenb и Caltha arctica R.Br.Hult.
Бассейн 2 (фильтрационный блок) выполнен (см. фиг.2) с нефильтрующим дном 15, основание которого снабжено фильтрующей загрузкой 16 из любого инертного крупнодисперсного материала (например, гравия или щебенки). Бассейн 2 на уровне фильтрующей загрузки 16 выполнен с каменной наброской 17 по сторонам впуска и выпуска сточных вод, осуществляемой через щелевые трубы 18 и 19. Трубопровод 5 отвода очищенных сточных вод из бассейна 2 размещен ниже трубопровода 4 подачи воды в бассейн 2 на уровне каменной наброски 17 фильтрующей загрузки 16.
Биоплато 1 построено на участке произрастания нескольких аборигенных видов ив. До 2003 года на поверхности участка произрастали следующие растения:
- Salix lapponum L., S.borealis (Fries) Nas., S. Phylicifolia L., S. Xerophila B. Floder, S. Pentandra L., S. Glauca L., Dactylis glomerata L., Festuca pratensis Huds., Rumex confertus Willd.
В июне 2003 года были еще посажены и прижились следующие растения: Comarum palustre L., Caltha palustris L., Carex acutatilis L., Marchantia polymorpha, Polytrichum commune, Phragmites australis
Вышеперечисленные растения вместе с конструктивными особенностями сооружения, регулирующими уровень и подачу воды, обеспечивают эффективность доочистки и оптимальные условия жизнедеятельности биоценозов в зимнее и летнее время.
3
Сооружение осуществляет доочистку сточных вод поселка с населением 2000 человек. Сброс сточных вод после очистки составляет порядка 186 тыс. м/год.
Сточные воды поселка сначала обрабатываются на сооружениях механической и биологической очистки с первичным отстойником, биофильтром предварительной очистки, вторичным отстойником - контактным резервуаром, где происходит контакт с хлором, и затем поступают на заявляемое искусственное сооружение доочистки сточных вод.
В процессе эксплуатации комплекса с 2003 г. какого-либо экологического риска и остаточных воздействий на окружающую природную среду не выявлено. Сооружение сдано в эксплуатацию в 2005 г.
Несмотря на холодный климат, сооружение функционирует хорошо. Химический и микробиологический анализ говорит о высокой эффективности очистки. Обеспечивается стабильность реакции среды (рН). Комплекс сооружений работает как самонастраивающаяся система и обеспечивает доочистку сточных вод до 90%.
Отбор проб для анализа степени очистки сточных вод на данном сооружении проводился регулярно в точках, расположенных после растительного участка - биоплато 1, и после фильтрационного участка - бассейна 2.
Измеряемые параметры включали: рН, БПК5, взвешенные вещества, хлориды, общий азот, азот аммония, азот нитритный, азот нитратный, фосфаты по фосфору, СПАВ, нефтепродукты, железо, цинк, хром, медь, марганец, никель, ХПК. Измерялись также расход воды и температура наружного воздуха, температура на входе/выходе, общие колиформные бактерии, термотолерантные колиформы, колифаги, яйца гельминтов. Все анализы проводились в соответствии с русскими водными стандартами.
Сравнив данные очистки сточных вод за летние и зимние месяцы, можно сделать вывод, что многолетняя динамика к повышению эффективности наблюдается и в зимнее и в летнее время.
Например, зимой и летом 2004 года по сравнению с зимой и летом 2003 года эффективность очистки повышена по всем показателям:
По взвешенным веществам - на 9%,
По азоту аммонийному - на 13%,
По фосфору общему в 3 раза.
Та же тенденция наблюдалась и в 2005 г.
Сооружение данной системы доочистки сточных вод позволяет перейти к экологически чистым технологиям, уйти от использования химических реагентов, способных аккумулироваться в природных объектах и уменьшить уровень загрязнения водоемов.