Биологические пруды: определение, классификация, типы, процессы и биологическое очищение вод
С каждым годом отмечается рост водопотребления, что связано с увеличением количества жителей большинства регионов страны, а также продолжающимся ростом промышленности. Это ведет к тому, что загрязнение окружающей среды сточными водами также возрастает, ставя перед экспертами непростую задачу – как с наименьшими потерями для прогресса причинять природе как можно меньший вред. Возникает необходимость разработки эффективных методик очистки сточных вод, к числу наиболее результативных из них относится создание биологических прудов. Познакомимся с ними поближе, узнаем суть этого термина, разновидности и специфику обустройства и применения.
Понятие
Искусственно созданные водоемы сейчас не являются редкостью. А биологические пруды относятся к их числу, однако от других разновидностей их отличает назначение – в таких прудах создаются максимально приближенные к естественным условия, в которых будет производиться самоочищение сточных вод. Можно также встретить и другие наименования сооружений – лагуны, простые пруды, стабилизационные, пруды доочистки.
Основными «жителями» таких водоемов являются зеленые водоросли, которые активно выделяют кислород в ходе своей жизнедеятельности, а этот химический элемент, в свою очередь, ведет к ускорению распада органики. Кроме того, на процесс разложения оказывают влияние следующие группы факторов:
- Температура.
- Аэрация.
- Скорость воды.
- Жизнедеятельность бактерий.
Таким образом и происходит очистка воды – совершенно естественно и довольно быстро. Всего за 5 суток можно произвести полную очистку водоема. Кроме того, растения будут накапливать внутри себя тяжелые металлы, которые в природе подвергаются разложению в течение длительного времени.
Характеристика
Познакомимся с основными параметрами биопрудов:
- Оптимальная глубина невелика – от 0,5 до 1 метра.
- Форма – прямоугольник.
- Соотношение длины и ширины зависит от способа аэрации: если она искусственная, то пропорция 1:3, если естественная – 1:1,5.
Именно в таких условиях происходит массовое развитие планктонных водорослей и прочих полезных микроорганизмов. Для выполнения биопрудами своих непосредственных функций рядом с ними высаживают такие растения: тростник, аир, камыш, рогоз широколиственный, водный гиацинт и некоторые другие.
Продолжительность полезного использования этих сооружений – более 20 лет.
Разновидности
Биологические пруды для очистки сточных вод могут быть трех основных видов, информация о них для удобства восприятия представлена в формате таблицы.
Для биоочистки вод
Чаще всего сточные воды имеют предварительно отстоянный характер. Продолжительность нахождения жидкости – около 30 суток. Для получения лучшего эффекта чаще всего имеют 4-5 ступеней
Используются в случаях предварительной биоочистки, как один из ее этапов
Присутствует разбавление сточных вод: после предварительной очистки эти воды смешиваются со свежей речной водой (чаще в пропорции 1:3 или 1:5)
Кроме того, можно встретить и иную классификацию – деление на проточные и контактные, при этом первые, в свою очередь, могут быть много- и одноступенчатыми.
Также биопруды можно подразделить на три группы в зависимости от биотического круговорота: анаэробные, аэробные и факультативно-аэробные.
- Анаэробные чаще всего используются для частичной очистки воды. Проживающие в них живые организмы нуждаются в большом количестве кислорода. Существенным моментом таких водоемов являются неприятные запахи гниения.
- Аэробные являются самыми мощными по степени очистки, поскольку проживающие в них живые организмы, прежде всего – водоросли, принимают участие в окислении сточных вод.
- Факультативно-аэробные – промежуточный вариант, сочетающий в себе неприятный запах гнили и более эффективную очистку.
При многоступенчатой очистке в прудах последней ступени может разводиться рыба, чаще всего это карп.
Применение
Исследования доказали, что самой простой и при этом эффективной системой очистки воды является использование природных методов, в частности – растительных организмов. Для водорослей улучшение качества воды является естественной функцией, поскольку для нормальной жизнедеятельности им необходимы калий, фосфор и азот, а в корневой системе образуются микроорганизмы, отвечающие за окисление органики. На этих факторах и основана работа искусственных водоемов.
Биопруды используются как для самостоятельной очистки вод, так и в составе целых комплекса подобных сооружений, например, предваряя собой использование земледельческих полей орошения или для доочистки на станциях аэрации. Для очистки сточных вод биологические пруды предпочтительно применять в тех регионах, где температура воздуха составляет не менее +10 °С в среднем в течение года и умеренно влажный климат.
Санитарный надзор
Очистные сооружения, в том числе биопруды, находятся под постоянным санитарным контролем, задача в осуществлении которого выполняется санэпидстанциями. Контролировать состояние таких водоемов обязаны следующие специалисты:
С целью контроля используются различные виды исследований, включая бактериологическое. Также проверяется соблюдение мероприятий по предотвращению сброса сточных вод, не подвергнутых предварительной очистке и обеззараживанию в водоемы.
Польза
Биологическая очистка воды в пруду, помимо своей простоты и результативности, оказывается еще и очень полезна человеку. Прежде всего используются обычные природные процессы, поэтому не ведется речи об искусственном вмешательстве в жизнь природного сообщества. Такие водоемы могут быть использованы как для самостоятельной очистки водоемов, так и для доочистки. Кроме того, биопруды помогают в следующих случаях:
- Уничтожают до 99 % кишечной палочки.
- Снижается практически до 100 % содержание яиц гельминтов.
Однако важно отметить и существенный минус таких водоемов – при низкой температуре эффективность их использования снижается в разы, а покрытые ледяным покровом, они уже не могут выполнять свои функции: в воду кислород не проникает, поэтому процесс окисления органики прекращается.
Использование биопрудов — водоемов, в которых проживают живые организмы — является самой простой и выгодной системой биологической очистки пруда. Этот метод помогает добиться существенной экономии энергии и ресурсов, а результат при этом будет очень качественным. Кроме того, соблюдения каких-либо специальных условий не требуется, уход за сооружением максимально прост.
Источник
Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Доочистка сточных вод в биологических прудах
В химической и нефтехимической промышленности биологические пруды используют в основном для доочистки сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки (см. гл. 13). Доочистка позволяет снизить содержание в воде фенолов, цианидов и других соединений,а также повысить концентрацию кислорода и улучшить другие санитарно-гигиенические показатели очищенной сточной воды [89].[ . ]
В случае, когда по условиям сброса сточных вод в водоем требуется их доочистка, для этой цели применяют биологические пруды, рассчитанные на двух-трехсу-точное пребывание сточных вод [56, 57].[ . ]
В биологических прудах, которые представляют собой искусственно созданные водоемы, для очистки сточных вод также используются естественные процессы. Эти сооружения можно использовать и для глубокой очистки (доочистки) сточных вод, прошедших биологическую обработку. Существуют пруды с естественной и искусственной аэрацией.[ . ]
Биологические фильтры практически не нашли применения для очистки нефтесодержащих сточных вод на отечественных предприятиях, так как опыт их эксплуатации на одном из НПЗ показал, что эффект очистки в них значительно ниже, чем в аэротенках. В настоящее время биологические фильтры используют только на двух нефтеперерабатывающих заводах как вторую ступень очистки. Биологические пруды на отечественных заводах применяют только в качестве сооружений для доочистки биохимически очищенных сточных вод НПЗ.[ . ]
Доочистка сточных вод производится в биологических прудах, при отсутствии достаточных площадей — на песчаных и двухслойных фильтрах или микрофильтрах.[ . ]
Биологические пруды. Для доочистки производственных сточных вод после сооружений биологической очистки применяются биологические пруды (биологический способ доочистки). В биологических прудах достигаются дальнейшее уменьшение содержания взвешенных веществ и биогенных элементов, полное насыщение кислородом выходящего стока и снижение его токсичности.[ . ]
Пруд для доочистки жидкой фазы сточных вод иопользуется в некоторых случаях после прохождения станций биологической очистки.[ . ]
В работе [17] приведены данные об эффективности очистки сточных вод от нефти на нефтеперерабатывающих заводах на разных этапах. Содержание нефти в сточных водах составляло до очистки 40 000 мг/л, перед нефтеловушками 5000—20 000 мг/л, после нефтеловушек 150—400 мг/л, после пруда дополнительного отстаивания 60—300 мг/л, после песчаных фильтров 40—120 мг/л, после первой ступени биологической доочистки 14—40 мг/л и после второй ступени биологической доочистки 7—20 мг/л.[ . ]
В достаточной мере изучены, разработаны и находят применение следующие методы доочистки сточных вод: доочистка в биологических прудах, фильтрование, флотация, сорбционная очистка, окисление, реагентная обработка и комбинированные методы [10].[ . ]
Сточные воды П системы канализации будут проходить двухступенчатую биологическую очистку в аэротенках и доочистку на каркасно-засыпных фильтрах и в аэрируемом трехсекционном пруду объемом 31 ООО м3, после чего их предполагается направить на установку термического обессоливания с последующим повторным использованием.[ . ]
Доочистка сточных вод может осуществляться различными методами: фильтрованием, в биологических прудах, флотацией, сорбцией, аэробным и анаэробным окислением и т. д. Рассмотрим только два первых метода, имеющих распространение в нашей стране.[ . ]
Биологические пруды. Биологические пруды предусматриваются для ДООЧИСТКИ биологически очищенных СТОЧНЫХ ВОД ВО всех климатических районах, за исключением районов Северной климатической зоны, где допускается их применение только в летнее время.[ . ]
В случае необходимости применяют доочистку сточных вод, прошедших механическую и биологическую очистку. Поэтому ее считают третьей ступенью очистки. К наиболее распространенным методам доочистки сточных вод относятся фильтрование через песчаные фильтры и длительное выдерживание сточных вод в прудах-накопителях.[ . ]
В связи с, повышением требований к качеству очистки сточных вод в последние годы все более широкое распространение получают методы доочистки сточных вод после биологической очистки. Дальнейшее изъятие из них твердых веществ производят механическими методами (в микроситах или в песчаных фильтрах). Если очищенные сточные воды сильно замутнены или требуется дальнейшее снижение содержания в них органических веществ, применяют доочистку в окислительных прудах.[ . ]
В последние годы на многих зарубежных НПЗ биологические пруды используются как сооружения для доочистки сточных вод после сооружений биохимической очистки [23,24] . При использовании такой схемы достигается высокая степень очистки сточных вод.[ . ]
В том случае, если биохимически очищенные сточные воды не соответствуют по качеству нормам «Правил охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами», предусматривается их доочистка. В состав доочистных сооружений включают песчаные или барабанные фильтры, флотационные установки и биологические пруды с естественной или искусственной аэрацией, состоящей из двух параллельных трехступенчатых секций, рассчитанных на 5—10-суточное пребывание в них сточных вод. Средний эффект доочистки в песчаных и барабанных фильтрах составляет: по ХПК и БПК5 — 28%, по экстрагируемым веществам — 30%, по взвешенным — 45%. Средний эффект доочистки в прудах составляет по ХПК — 30%, по БПК5 — 45%, по экстрагируемым веществам — 49%, по фенолам— 65%.[ . ]
Биологические пруды представляют собой искусственно созданные неглубокие водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на тех же процессах, которые происходят при самоочищении водоемов. Их можно устраивать в качестве самостоятельных сооружений для полной биологической очистки сточных вод в районе со среднегодовой температурой выше 10°С Для круглогодичной работы, а также для сезонной работы в средней полосе СССР (с мая по октябрь). Биологические пруды можно использовать в сочетании с другими сооружениями, ког да они служат для доочистки сточной воды.[ . ]
В 1980 г. 80% сточных вод, прошедших биологическую очистку и доочистку в буферных прудах и на фильтрах, отвечали требуемым нормам. Содержание в них нефтепродуктов не превышало 10 мг/л, БПК5 находилась в пределах 2—13 мг 62/л, ХПК составила 30—50 мг О2/Л, содержание фенолов 0—0,003 мг/л, взвешенные вещества 9—П мг/л и общее содержание солей в пределах 400 -1000 мг/л [83].[ . ]
Доочистка сточных вод в биологических (окислительных) прудах за рубежом широко распространена в местностях с теплым климатом — в южных районах США, в Южной Африке л т. п. Продолжительность пребывания в прудах сточных вод в этом случае следует принимать исходя из скорости распада ЛАВ в малопроточных водоемах. Применительно к отечественным ПАВ следует биологические пруды рассчитывать согласно данным Гидрохимического института (см. табл. 1 и 2). Сравнительно низкие скорости распада алкилбензолсульфонатов свидетельствуют об ограниченности применения прудов.[ . ]
Доочистка в биологических прудах. Для доочистки сточных вод применяют неаэрируемые и аэрируемые биологические пруды (см. гл. 9). Доочистка сточных вод в прудах происходит как за счет более тщательного отстаивания, так и за счет биологического окисления. Результаты очистки в биологических прудах некоторых НПЗ приведены в табл. 13.7 [512, с. 67].[ . ]
Биологические пруды. Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3—5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5—1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.[ . ]
Доочистка сточных вод в биопрудах обусловлена как дополнительным более продолжительным отстаиванием, так и биохимическими процессами (в теплое время года). Процессы самоочищения в биологических прудах протекают медленно, поэтому продолжительность пребывания сточных вод в них может превышать 10 сут.[ . ]
В первом случае пруды состоят из 4—5 последовательно расположенных секций на местности с уклоном, чтобы вода постепенно проходила все секции. Отделяют одну секцию от другой земляными валиками шириной по верху 1—1,5 м. В первой секции устанавливают поперечные стенки из фашин или плетня, которые задерживают плавающие вещества и улучшают распределение жидкости. В последней секции устраивают шахтные водосборы для выпуска очищенной воды. Кроме того, в каждой секции предусматривают запасные выпуски для опорожнения прудов. Если пруды используются для доочистки сточных вод, то их устраивают из 2—3 секций. В последних секциях разводят рыбу, т. к. вода в них содержит растворенный кислород. Биологические пруды устраивают на слабофильтрующих грунтах, принимая глубину воды 0,5—1 м. Дну прудов придают уклон в сторону течения воды.[ . ]
Биологические пруды — искусственно созданные или естественные водоемы, в которых очистка сточных вод идет под воздействием природных процессов самоочищения. Они могут применяться как для самостоятельной очистки, так и для глубокой доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Представляют собой неглубокие водоемы (0,5-1 м), хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами.[ . ]
Доочистка биологически очищенных сточных вод. Биологически очищенные сточные воды НПЗ и нефтехимических предприятий перед использованием их для производственного водоснабжения или сбросом в водоем (в случае необходимости) подвергаются доочистке (третичной очистке). Основной задачей доочистки является удаление из биологически очищенных сточных вод взвешенных веществ и снижение загрязнений по Б ПК и ХПК. На большинстве действующих предприятий для доочистки сточных вод применяются биологические пруды. Однако биологические пруды не всегда обеспечивают эффективное удаление из сточных вод остаточных загрязнений. Поэтому при повышенных требованиях к качеству воды биологически очищенные сточные воды рекомендуется подвергать фильтрованию или флотации. Конструкции фильтров и фильтрующий материал могут быть разнообразными.[ . ]
Для доочистки биологически очищенных сточных вод могут быть применены аэробные биологические пруды, в которых процессы разрушения остаточных загрязнений сточных вод основаны на принципах самоочищения водоемов. Ведущая роль в процессах окисления органических веществ, происходящих в биологических прудах, принадлежит симбиотическому взаимодействию бактерий и водорослей.[ . ]
При доочистке городских сточных вод, подлежащих сбросу в водоемы, наибольшее распространение получили биологические пруды и фильтрование.[ . ]
Очистка сточных вод в биологических прудах широко используется во многих странах в различных отраслях промышленности, в том числе для доочистки сточных вод предприятий химической и нефтехимической промышленности [522—525]. При сравнительно небольшой стоимости строительства и невысоких эксплуатационных расходах биологические пруды позволяют повысить эффективность и надежность комплекса очистных сооружений.[ . ]
Аэрируемые биологические пруды могут предназначаться также для доочистки сточных вод молочной, мясной и дрожжевой промышленности с концентрацией загрязнений по БПКполн До 40—60 мг/л во И, III и IV климатических районах. Продолжительность доочистки сточных вод в аэрируемых прудах может определяться так же, как и продолжительность очистки сточных вод в прудах, причем эффект очистки для одной ступени рационально принимать равным также 50%. Биологические пруды могут быть одноступенчатыми в зависимости от концентрации загрязнений поступающей на доочистку воды и от требуемой концентрации после доочистки. Удельный расход кислорода на аэрацию в биологических прудах для доочистки следует принимать 2 мг/мг снятой БПКполн- Система аэрации может быть механическая и пневматическая.[ . ]
Процессы глубокой доочистки часто называют третичной очисткой. Она проводится в специальных сооружениях, где образующийся при минерализации органических веществ азот является исходным для дальнейших превращений. К третичной очистке относится и доочистка сточных вод в биологических прудах с использованием высшей растительности. Однако в процессах нитрификации потребляется большое количество кислорода. Так, на окисление 1 мг аммонийного азота до нитритов необходимо 3,43 мг 02, а до нитратов — 4,57 мг 02 [73]. Поэтому сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод приводит к увеличению потребления кислорода, превышающего величину БПК.[ . ]
Широко используемым биологическим способом доочистки является биологическая очистка в прудах. Очищенная сточная вода из вторичного отстойника проходит через мелководный пруд, в который кислород поступает либо естественным путем за счет фотосинтеза водорослей, либо подается искусственно. Поскольку концентрация взвешенных веществ и БПКб в поступающей воде сравнительно низкие, выпадающий слой осадка невелик, и пруд требует редкой очистки. Пребывание сточной воды в пруду в течение 48 ч при температуре 15°С позволяет снизить БПКй сточной воды с 40 до 20 мг/л.[ . ]
| Технологическая схема доочистки сточных вод в аэрируемых биологических прудах |  |
На рис. 6.11 показаны аэрируемые биологические пруды, предназначаемые для доочистки сточных вод. Пруды запроектированы на площади 7,25 га при глубине 3 м. Нагрузка на 1 га —3448 м3/сут, продолжительность пребывания воды в прудах — 8,7 сут. Пруды имеют две секции, каждая секция состоит из пяти ступеней. Между ступенями и секциями имеются перепуски. Первые четыре ступени прудов оборудуются механическими аэраторами, пятая ступень — отстойная. Эффект очистки по БПК20 —до 75%, по взвешенным веществам —до 80%.[ . ]
Основным и наиболее универсальным методом глубокой доочистки биологически очищенных городских и промышленных сточных вод от органических веществ является адсорбционная очистка стоков активными углями, которая обеспечивает возможность последующего обессоливания сточных вод и корректирования их минерального состава в соответствии с технологическими требованиями конкретных производств. При непосредственном применении адсорбционной доочистки после биологических очистных сооружений сточные воды отбирают после вторичных отстойников. Если активные угли применяются в виде фильтрующего плотного слоя в колоннах-сорбфильтрах, то воду после вторичного отстойника следует отстаивать в буферном пруду либо фильтровать через песочные фильтры для снижения содержания взвешенных веществ до 10 мг/л.[ . ]
На основании результатов расчетов на ЭВМ, приведенных в табл. 6.3, оптимальным для района средней полосы СССР оказался вариант с микрофильтрами и аэрируемыми прудами с водосливами-аэраторами с общей приведенной стоимостью 277,8 тыс. руб. В случае применения для доочистки сточных вод физико-химических методов эксплуатационные затраты значительно возрастают, так как это связано с расходом большого количества реагентов и электроэнергии. Если стоимость доочистки биологически очищенных сточных вод фильтрованием через зернистую загрузку принять за 1, то стоимость доочистки на активированных углях будет в 4 раза выше, коагуляции с последующим фильтрованием — в 7 раз выше, коагуляции с фильтрованием через смешанный фильтр и активированный уголь — в 20 раз, а с последующей отгонкой аммиака — в 30 раз выше. Методы физико-химической доочистки сточных вод в настоящее время находятся в стадии разработки и экспериментальной проверки.[ . ]
За счет выделения водорослями бактерицидных веществ происходит отмирание бактерий, и в частности патогенных кишечной группы. Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и оргаяических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Обязательными условиями нормальной работы таких прудов является соблюдение оптимальных для водных организмов реакции среды (pH) и температуры, а также наличие растворенного. кислорода не менее 1 мг/л. Важное, значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.[ . ]
Показатели работы большей части биохимических очистных сооружений соответствуют нормативным требованиям. Однако при расположении НПЗ вблизи водоемов, имеющих важное рыбохозяйственное значение, а также в случае невозможности сброса в них биохимически очищенных сточных вод [8] последние подвергают доочистке (третичной очистке). В качестве сооружений доочистки наибольшее распространение нашли биологические пруды. Продолжительность пребывания сточных вод в биологических прудах составляет 2,6—14,8 сут. Согласно нормам ВНТП 25—79 [7], биологические пруды устраивают с естественной или искусственной аэрацией из двух параллельных трехступенчатых секций и рассчитывают на .5— 10-суточное пребывание сточных вод.[ . ]
Источник