ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ КАК ФИЛЬТРЫ

Жуков Б.Д. (zhub@mail.ru)

Водные объекты часто включают в системы водоочистки автономных потребителей с небольшим расходом воды. В результате этого удается успешно сочетать собственно водоочистку и выращивание аквакультуры, а также частично окупить затраты на сооружение и эксплуатацию водного объекта, удешевляя водоочистку в целом. Это делает привлекательным использование  водных сооружений и естественных водоемов в системе водоочистки вообще и для автономной водоочистки в частности. Поэтому в мировой литературе проблемы очистки сточных вод в водных объектах и аквакультуры освещаются достаточно широко. Обзоры по этой тематике опубликованы, например, в [50, 51].

Существенным недостатком технологий очистки стоков с использованием водоемов является зависимость состава воды в этих водоемах от состава пропускаемых через них сточных вод и особенностей формирующегося при участии компонентов стоков биологического сообщества. Это обстоятельство существенно ограничивает использование водоемов для полномасштабной очистки стоков, хотя и не исключает возможность выполнения в естественных водоемах глубокой доочистки бытовых стоков.

Особенно привлекательными для целей автономной водоочистки представляются искусственные водоемы, среди которых ведущее место занимают пруды различного назначения, в том числе отстойники, усреднители, бокс - пруды, пруды доочистки, резервуары и пруды для хранения воды разной степени очистки.

Открытые водоемы большого объема. Анализ литературы позволяет выделить несколько направлений в разработках очистных сооружений на основе использования водных объектов, в том числе:

- ландшафтно-инженерные решения;

- рекомендации по флоре и фауне водоемов;

- способы интенсификации процессов водоочистки;

- технологии предварительной очистки сточной воды, ориентированные на ее доочистку в конкретном водоеме.

Ландшафтно-инженерные решения [15] рассчитаны на использование достаточно больших естественных водоемов с водной растительностью, способных перерабатывать значительные объемы воды (например, от бытовых предприятий или поселков). Такие системы для децентрализованной очистки сточных вод от жилых домов с небольшим приусадебным участком особенно в условиях холодного климата непригодны и поэтому здесь не рассматриваются.

Вместе с тем, представляется целесообразным проанализировать рекомендации по подбору флоры и фауны водоемов и способы интенсификации процессов водоочистки в них, имея в виду возможность применения этих рекомендаций для небольших водоемов, встраиваемых в системы искусственной гидробиологической водоочистки при жилом доме.

Искусственные открытые водоемы в настоящее время применяют для целей очистки бытовых сточных вод достаточно широко [9, 15, 47, 52].

Однако внедрению в практику индивидуального домостроения искусственных открытых водоемов препятствует ряд ограничений. Для водоемов больших размеров ограничения связаны прежде всего с дефицитом земли, не позволяющим внутри отдельного хозяйства создавать достаточно большие водоемы. Применение небольших водоемов ограничивают главным образом, их невысокая очищающая способность, возможность при малом стоке пересыхания и нарушения условий жизни биоценоза. Общим недостатком для любых открытых водоемов является необходимость размещать искусственные водоемы на слабофильтрующих грунтах. В противном случае необходимо обеспечивать дорогостоящую гидроизоизоляцию. Кроме того, в местах с холодной зимой применение открытых водоемов сдерживает небольшой вегетационный период для заселяющих водоем растений и животных.

Сооружения для искусственной гидробиологической очистки. Очистку воды на водных объектах, засаженных растительностью, часто называют биогидроботанической очисткой. Сущность этого способа очистки состоит в том, что бытовые сточные воды пропускают через водоемы с высшими водными растениями.

Биогидроботаническая очистка сточных вод в естественных условиях наиболее интенсивно происходит на болотах, а в искусственных условиях в биологических прудах с застойной или медленно текущей водой. Существует обширная литература, например [53 - 55], посвященная очистке стоков в прудах.

Представляет интерес описанный в работе [55] способ биологической очистки воды в прудах глубиной 3 - 4 м, разделенных подводными поперечными дамбами. На этих дамбах предлагается высаживать тростник, а на междамбовых участках культивировать макроводоросли. Оптимальная площадь дамб, по рекомендации авторов, составляет 1/3 от всей площади пруда. Средняя ширина дамбы должна быть около 6 - 20 м. Глубина затопления дамбы - около 1 м.

Нередко для очистки используют систему прудов разного уровня очистки, сообщающихся между собой посредством каналов биологической очистки [56 - 57]. Эти каналы служат как для транспорта, так и для дополнительной очистки частично очищенной воды.

В японском патенте [57] на канале биологической очистки твердая фильтрующая загрузка заменена насадкой для иммобилизации микроорганизмов и аэратором (см. рис. 2.20).

Рис. 2.20. Канал биологической очистки с твердой фильтрующей загрузкой (а) [56] и аэратором (б) [57]:

1- гидроизоляция; 2 - фильтрующий материал; 3 - вода; 4 - водоприемные дрены отвода профильтрованной воды; 5 - аэратор.

В верхней части канала высажены водные растения. Ниже корней этих растений расположен слой насадки 1 для иммобилизации микроорганизмов. После слоя 2 вода поступает в нижнюю часть канала, где расположено аэрирующее устройство. Поступая сверху, вода последовательно проходит зоны очистки микроорганизмами и высшими растениями.

Во многих случаях создают компактные сооружения для искусственной гидробиологической очистки. Простейшее сооружение, пригодное для доочистки стоков от жилого дома, представляет собой бассейн с нефильтрующим дном, на котором уложена фильтрующая загрузка. На загрузку обычно высаживают водные растения, а под загрузкой размещают самотечные дрены и отводящий трубопровод, как в работе [58]. Авторы этой работы рекомендуют подбирать состав фильтрующей загрузки в бассейне с учетом кислотности очищаемой воды таким образом, чтобы наряду с песком в нее входил бы и отсев из щелочных или кислых пород. Чтобы стабилизировать гидродинамический режим в бассейне, воду из него отводят с помощью самотечных дрен и приямка с загрузкой, создающих стабильный напор воды.

Очистку вод с высоким солесодержанием авторы работы [59] предлагают выполнять, пропуская очищаемую воду через корневую зону насаждений солеемких галофитов - циперус европейский и сведа приморская - с плотностью посадки до 30 тысяч растений на 1 га.

Нередко предлагается выполнять процесс очистки в сооружениях оранжерейного типа, выращивая плавающие водные растения в чанах или иных резервуарах с водой [60 - 62]. Для оранжерейного варианта, по мнению авторов работы [60], наиболее подходят посадки тропического растения - циперуса однолистного. Для этого в оранжерее сооружают бетонный проточный канал глубиной 0,7 - 1,0 м, куда на сетках погружают растения. При температуре 25°С расход воды в канале не более 100 л/сут на 1 м2 площади, занятой растениями. Через каждые 20 дней удаляется примерно 15% биомассы циперуса. Из воды, поступившей из вторичных отстойников, извлекается 93 - 100% соединений NO2-, NO3-, РО43- и около 53% NH4+.

Аэрирование воды в баках выполняют разными способами. Есть предложения аэрировать баки, нагнетая воздух через специальные отверстия в продольных стенках баков [63] или кислородом, полученным электрохимическим путем [64].

Обычно выделяют два случая реализации гидроботанического способа очистки стоков: с плавающими растениями, корни которых размещаются не в грунте, а в толще воды, и с растениями, закрепленными корнями на дне. В прикорневой зоне растений формируется биологическое экосообщество, включающее корни растений и микроорганизмы, активно перерабатывающие примеси. Часть примесей из воды растения усваивают самостоятельно.

Для открытых водоемов используют типичные для данной местности озерно-болотные растения - макрофиты: камыш озерный, рогоз узколистный, тростник обыкновенный, аир тростниковый и др. [9, 56]. Для повышения эффективности водоочистки в системах замкнутого цикла предлагается выполнять последовательную обработку воды в биосекциях, в которых произрастают различные растения: в первой секции поручейник и роголистник, затем валлиснерия и в последней секции кладофора.

Чтобы достигнуть степени очистки по Nобщ = 94% и Робщ = 90%, в работе [56] рекомендуется применять следующие плотности посадки растений, кг3:

Поручейник

2,0 - 2,5

Роголистник

5,6 - 7,7

Валлиснерия

2,7 - 3,2

Кладофора

2,3 - 2,4

Есть рекомендации [65] по культивированию в открытых водоемах плавающих высших водных растений с мощной корневой системой, в зоне которой идет очистка воды, и низших растений [15, 41, 66 - 69], например, водорослей. Эффективно удаляет примеси азота и фосфорсодержащих соединений культивируемый в отстойнике для загрязненной воды планктон [67].

В последнее время в литературе [15, 52] широко обсуждаются возможности использовать для водоочистки пруды, заселенные ряской (Lemna minor). Запатентованный метод [69] использования ряски на прудах-отстойниках основан на применении плавающей пластмассовой решетки, препятствующей переносу и распространению ряски по всей поверхности водоема. Рясковый покров ограничивает проникновение света, вызывает гибель водорослей и тем самым повышает эффективность работы пруда-отстойника. Вместе с тем, в работе [15] отмечается, что метод недостаточно изучен, требует больших капиталовложений, которые могут окупиться за счет потенциального спроса на белок ряски.

Обстоятельное изучение рясковой технологии выполнили польские ученые [52] на очистных сооружениях, основу которых представляют два сообщающихся пруда глубиной 2 - 4 м. В первом пруде проводилось аэрирование воды. Ряска находилась во  втором пруде. Пруды снабжались также камерами нитрификации и коагуляции фосфатов.

Было сделано заключение, что рекомендуемый в Польше для очистных сооружений вид ряски Lemna minor в условиях умеренного, и тем более, холодного климата малоперспективен. Стоимость культивирования растений, сбора урожая и его использования не соответствуют эффективности ряски в водоочистке. Кроме того, рясковые технологии недостаточно отработаны, поэтому пока их нельзя рекомендовать для широкого внедрения в практику. Тем не менее, в работе отмечается, что технологии с использованием ряски достаточно пластичны и у них есть перспективы, связанные с использованием новых клонов ряски, применение которых возможно окажется эффективным в условиях холодного климата.

Для интенсификации водоочистки различные авторы предлагают аэрировать воду. В [27, 41] для этой цели насыщают воду в открытых водоемах кислородом воздуха с помощью плавающего аэратора любой конструкции. Источником кислорода в воде могут стать и специально добавленные в водоем водоросли. Как отмечают авторы [68], дикорастущие водоросли типа вольвоксовых, эвгленовых, диатомовых и протококковых в процессе очистки выделяют кислород и подавляют развитие сине-зеленых водорослей. Это в целом повышает очистительные свойства водоема. В некоторых случаях (пруды-отстойники) наличие в водоеме водорослей оказывается нежелательно. Тогда рекомендуют описанный выше способ подавления развития водорослей с помощью ряски.

 


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