ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Жуков Б.Д. (zhub@mail.ru)

Сущность очистки стоков на почвенно-растительных фильтрах состоит в том, что очищаемую воду пропускают через слой почвы с посадками высших растений. Как правило, ее применяют после механической или вторичной биологической очистки с целью глубокой доочистки сточных вод.

Почвенно-растительные фильтры стали сравнительно недавно вводить в практику очистки стоков от жилого дома. Как и в случае гидроботанической очистки, серьезным препятствием широкому внедрению метода служит сезонный характер его использования. Для практики индивидуального домостроения представляют интерес варианты почвенно-растительных фильтров на основе полей орошения и полива по склону с растительностью, а также поля фильтрации и лесные массивы, засаженные древесной растительностью.

Полив по склону применяют на холмах, возвышенностях cо слабофильтрующими почвами и уклоном 2 - 6°. Метод, по-видимому, наиболее пригоден для доочистки стоков отдельно стоящих домов, ферм в сельской местности или в лесу.

В литературе описаны два варианта полива по склону:

- поверхностный сток;

- подземный сток.

Поверхностный сток. Типичное устройство для обработки воды поливом по склону приведено на рис. 2.19.

Сточную воду подают наверх склона и затем разбрызгивают или распределяют по поверхности для создания равномерно стекающего по склону потока. Через каждые 60 - 90 м поперек склона рекомендуют [43] прокладывать перехватывающие канавы.

Для устройства системы выбирают участок с уклоном 2 - 8° на маловодопроницаемых грунтах. На месте выпуска сточных вод оборудуют гравийное покрытие, которое защищает поверхность земли от эрозии и способствует равномерному распределению очищаемой воды по поверхности склона.

Очистка происходит главным образом при прохождении воды через траву и перегной. Окислительно-восстановительный потенциал водной среды соответствует промежуточным условиям для анаэробного и аэробного процессов. Поэтому в зоне очистки неприятных запахов не образуется.

Подземный сток организуют на местности с небольшим уклоном. В процессе очистки вода движется под землей от одного колодца на склоне к другому. Таким образом как бы увеличивается расстояние до грунтовых вод, которое сточная вода должна пройти при инфильтрации.

Рис. 2.19. Устройство для обработки воды на поверхности склона. См. также [1, 39, 42, 43]

Оптимальные условия для очистки воды создаются при локализации подземного потока воды в корневой зоне растений, на глубине около 40 см. Это позволяет, по мнению авторов работы [44], значительно повысить эффективность очистки. Есть также рекомендации: перед подачей воды на подземный сток пропускать ее через песчаный фильтр.

Поля орошения. В качестве полей орошения используют как естественные луга с травянистой растительностью, так и поля с посадками сельскохозяйственных культур или площадки для игр, лужайки. Поля орошения заливают сточной водой, которая, фильтруясь через почвенно-растительный покров, уходит в грунт. Травы после фильтрации скашивают.

Расход воды на полях орошения определяется нормой среднегодового количества осадков и видом засеваемых культур.

Превышение расхода воды над суммой среднегодовых осадков для выращиваемых культур составляет [18]:

Пропашные:

в общем случае                                     1

в частном случае                                  2

Луговые травы                                   5 - 10

Комбинированные посадки                4 - 5

Ориентировочно в работе [18] считается, что для отвода стоков от семьи из 4 человек требуется 50 - 100 м2 легких песчаных грунтов и 100 - 200 м2 тяжелых грунтов. Этими же стоками можно орошать в зависимости от типа почвы примерно 500 - 600 м2 площади сада. По данным этой же работы для обработки стоков от 200 жителей требуется примерно 1 га земледельческих полей, на легких грунтах объем стоков может быть несколько больше.

В последнее время обратили внимание на полив земель лесных участков. В литературе [42] отмечается, что древесные породы по сравнению с травами хуже утилизируют азот и фосфор. Вместе с тем древесина служит хорошим топливом. Поэтому при правильно выбранной технологии доочистка и инфильтрация воды в лесном массиве может оказаться вполне оправданной. Особенно перспективным считается полив участков, засаженных ивняком вида Salix viminalis [45].

Серьезными недостатками полей орошения являются:

- размещение на прилегающих территориях;

- опасность заражения людей и животных;

- ограниченный регулируемый полив;

- неприятный запах.

Поля фильтрации представляют собой почвенные площадки с хорошо фильтрующим грунтом, через который фильтруют сточные воды, соединяя их с грунтовыми водами. На полях фильтрации сельскохозяйственную продукцию, в отличие от полей орошения, не выращивают. Нагрузка на полях фильтрации может превышать нагрузки на полях орошения примерно в 10 раз.

Применяют поля фильтрации с поверхностным и подземным орошением. Для подземного орошения устанавливают дрены из пластиковых или асбестоцементных труб на расстоянии около 4 - 6 м друг от друга и на глубине примерно 1,25 - 1,5 м [18]. Выбор конкретного типа полей определяется гидравлической и очистной производительностью, которые в свою очередь непосредственно связаны с характеристиками почв, сточных вод и гидрогеологическими особенностями местности. Обычно чем выше фильтрующая способность грунтов, тем выше и эффективность почвенной фильтрации. Поэтому качество инженерно-геологических изысканий на месте будущих полей фильтрации является определяющим фактором для их успешной эксплуатации.

Поля подземной фильтрации по сути представляют собой фильтрующие траншеи (см. раздел 2.2.2).

На почвенно-растительных фильтрах вода частично испаряется, усваивается растениями и фильтруется в грунт. В табл. 2.5 показан водный баланс при обработке сточных вод на почвенно-растительных фильтрах. Баланс составлен по данным, приведенным в работе [42].

Очистка в почве выполняется под действием различных физико-химических факторов (фильтрация, сорбция, обменные процессы в почве, гетерокоагуляция и т. д.). В прикорневой зоне существенную роль играет биологическая составляющая. Сосредоточенная там микрофлора использует для своего питания воду и растворенные в ней вещества. Часть воды и примесей усваивается растениями и идет на рост зеленой массы.

Таким образом, при очистке на почвенно-растительном фильтре сочетаются физические, химические и биологические виды обработки сточных вод между собой и биологической утилизацией ценных органических и минеральных веществ, растворенных в сточной воде. С одной стороны, частицы почвы механически отфильтровывают микро- и грубодисперсные фракции (более 10- 5 см в поперечнике) взвешенных в сточной воде веществ, частично адсорбируют растворенные в воде и находящиеся на коллоидных частицах ионы и молекулы. В результате облегчается коагуляция тонкодисперсной фракции взвешенного вещества и некоторых микроорганизмов. С другой стороны, растения потребляют содержащиеся в воде в виде примесей ценные органические и минеральные вещества, возвращают их в биологический оборот.

Для правильного выбора типа фильтра существенную роль играют почвенно-климатические особенности местности, где предполагается выполнять обработку воды. Предварительные оценки их влияния можно сделать с помощью табл. 2.6.

Т а б л и ц а  2.5

Водный баланс на почвенно-растительных фильтрах, %

Тип фильтра

Испарение

Усвоение растениями

Фильтрация в грунт

Склон

20 - 30

60 - 70

10

Поля орошения

70

70

30

Т а б л и ц а  2.6

Почвенно-климатические факторы местности, влияющие на работу почвенно-растительных фильтров (по данным [42] и [46])

Характеристика

Поля орошения

Поля фильтрации

Полив по склону

Подпочвенное орошение

Предварительная очистка

Осаждение

Осаждение

Механическая очистка

Осаждение

Вегетационный период

Учитывается

Не учитывается

Учитывается

Не учитывается

Уклон поверхности

< 0,02

-

0,02 - 0,08

Любой

Проницаемость почвы

От низкой до умеренной

Хорошая (пески, супеси)

Низкая (глины)

От низкой до хорошей

Допускаемый уровень грунтовых вод

0,6 - 0,9

3

Любой

< 0,6

Климатические ограничения

Зимой воды накапливаются

Отсутствуют

Зимой воды  накапливаются

Отсутствуют

Следует отметить, что в странах с холодным климатом используются преимущественно почвенно-растительные фильтры на основе полей фильтрации и полей подпочвенного орошения. Растительно-гравийные фильтры пока находят только сезонное применение в теплое время года. Тем не менее, возможности очистки сточных вод на этих фильтрах зимой изучаются. Авторы работы [47] считают, что их можно использовать в прибрежных зонах Норвегии и в холодное время года, если обеспечить дополнительное укрытие фильтра сверху, особенно в малоснежные периоды, а также оптимизировать гидродинамический режим внутри фильтра.

Эффективность очистки сточных вод почвенно-растительными фильтрами после предварительной биологической очистки показана в табл. 2.7.

Из табл. 2.7 видно, что при примерно одинаковом уровне обеззараживания очищаемых вод поливом по склону и на полях орошения последние более эффективно удаляют азот и фосфор. Вместе с тем, по данным работы [49], качество очистки воды от фосфатов явно низкое. Авторы последней работы отмечают, что оно, в частности, не удовлетворяет требованиям стандарта для воды плавательных бассейнов.

Т а б л и ц а  2.7

Эффективность очистки сточных вод почвенно-растительными фильтрами, %

Тип фильтра

Nобщ.

PO43-

Pобщ.

Колититр

Склон

85 [41]

-

85 [41] 30 - 60 [42]

95 [42]

Поля орошения

94 [48]

23 [49]

90 [48]

94 [49]

 


ООО «Сибирские водные технологии »
www.water-tec.ru