Способ очистки сточных вод с использованием элементов естественной экологической системы

 

Изобретение относится к области санитарной техники и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий, фильтрационных вод свалок от тяжелых металлов, нефтепродуктов, минеральных и органических веществ. Перед контактом сточных вод с высшими водными растениями проводят принудительную аэрацию с применением лотка с зубчатой структурой и дополнительную обработку сточных вод путем пропускания их через сорбент в виде природных отбеливающих земель, применяемого также в качестве основы донного грунта для лучшего укоренения высших водных растений. Способ осуществляют в биоинженерном сооружении с донным грунтом следующего состава: 2/3 - глина; 1/3 - отбеливающие земли. Технический результат - создание дешевого, эффективного способа очистки сложных многокомпонентных сточных вод за счет создания условий для оптимизации функционирования микроорганизмов и высших водных растений. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области санитарной техники и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий, фильтрационных вод свалок от тяжелых металлов, нефтепродуктов, минеральных и органических веществ.

Известен способ очистки сточных вод сульфатцеллюлозного производства путем пропускания их через камыш, рогоз узколистный и тростник обыкновенный (а.с. СССР 789423, кл. C 02 F 3/32).

Недостатками этого способа является ограниченность его применения назначением только для снятия загрязнений сульфат целлюлозного производства, способ не предназначен для очистки сточных вод от минеральных солей, нефтепродуктов.

Известен способ очистки сточных вод в биологических прудах (а.с. СССР 918277, кл. C 02 F 3/32).

Сущность способа состоит в том, что сточные воды пропускают через прибрежно-водные растения и ассоциации плавающих растений в системе прудов.

Недостатками способа является недостаточно эффективная очистка сточных вод от минеральных солей, а также невозможность круглогодичной очистки сточных вод в системе прудов.

Известен способ очистки сточных вод путем пропускания их через прибрежно-водные растения при постоянном инокулировании системы полиинокулятом (патент России 2100292, C 02 F 3/32).

Данный способ недостаточно эффективен для очистки сложных многокомпонентных сточных вод с применением предельно допустимых норм в десятки и сотни раз для поверхностных водоемов, так как не достигаются оптимальные условия жизнедеятельности организмов активного ила и прибрежных растений.

Техническим результатом является создание дешевого, эффективного способа очистки сложных многокомпонентных сточных вод за счет создания условий для оптимизации функционирования микроорганизмов и высших водных растений.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки сточных вод с использованием элементов естественной экологической системы, включающем очистку сточных вод микроорганизмами активного ила и высшими водными растениями, перед контактом с высшими водными растениями проводят принудительную аэрацию с применением лотка с зубчатой структурой и дополнительную обработку сточных вод путем пропускания их через сорбент в виде природных отбеливающих земель, применяемого также в качестве основы донного грунта для лучшего укоренения высших водных растений.

Для проведения способа очистки сточных вод с использованием элементов естественной экологической системы применяют биоинженерное сооружение с донным грунтом: 2/3 - глина; 1/3 - отбеливающие земли.

На фиг.1 представлено биоинженерное сооружение, для очистки сточных вод (вид сверху).

На фиг. 2 показано биоинженерное сооружение (вид сбоку), где 1 - лоток, выходная сторона которого имеет зубчатую форму, 2 - грунтовая смесь: 2/3 - глина, 1/3 - отбеливающие земли; 3 - лоток для отвода сточных вод.

Земли отбеливающие из опоки Зикеевского месторождения изготавливаются из тонкодисперсной осадочной породы с аморфно-гелиевой пористой структурой. Главное - это дешевый природный сорбент, обладающий достаточной активностью, повышенной кислото- и термостойкостью, высокой избирательностью. В сравнении с другими природными сорбентами качество примесей и почти полное отсутствие органики обеспечивают их высокое качество.

Минеральный состав по данным рентгеновского анализа: опал-кристобалит, монтмориллонит, незначительные примеси кварца.

Адсорбционные свойства обусловлены его дисперсностью и пористостью.

Отбеливающие земли обеспечивают на 100% очистку сточных вод по ионам железа за 17 часов при начальной концентрации 9,2 м²/литр.

При этом один объем опоки очищает 100 объемов сточной воды до регенерации.

Для сравнения: активированный уголь обеспечивает очистку только 70 объемов воды.

Из-за пористой структуры сорбента отбеливающие земли являются средством удержания питательных веществ, используемых для развития растений и организмов активного ила, а также снижают уровни азота аммонийного, химического потребления кислорода, минерализации.

Отбеливающие земли являются надежной основой искусственного грунта для укоренения растений, так как они слабо размываются.

Технологический процесс очистки сточных вод осуществляется следующим образом: проводится принудительная аэрация, что является интенсифицирующим фактором процессов самоочищения воды. Это обеспечивает удаление из воды ионов Fe²⁺, сероводорода, способствует развитию аэробных микроорганизмов и высшей растительности.

При аэрации создаются условия, когда в водоеме изменяется запас растворенного кислорода, используемый аэробными микроорганизмами на минерализацию органического вещества. При этом из водоема организмами извлекаются многие соли и биогенные элементы: железо и кремний; минеральные формы углерода, азота и фосфора.

В результате обогащения воды активным кислородом обнаруживается существенное увеличение показателей концентрации азота аммонийного и биологического потребления кислорода (БПК₅) - 2240 до 4060 мг/дм²; уровень загрязнения органическими и минеральными веществами, химическое поглощение кислорода (ХПК) увеличивается с 560 до 667 мг/дм³, что говорит о резком возрастании процессов самоочищения сточных вод.

Для аэрации подача сточных вод на очистку осуществляется из железобетонного лотка с выходной стороной зубчатой формы со скоростью 0,0013 м³/с.

Для дополнительного снижения уровня азота аммонийного и уровня загрязнения органическими и минеральными веществами сточные воды пропускают через сорбент в виде отбеливающих земель, используемого также как средство удержания питательных веществ, потребляемых растениями в процессе жизнедеятельности.

Применение сорбентов в виде отбеливающих земель путем их внесения в реальные пробы фильтрата обеспечивает снижение уровня загрязнения органическими и минеральными веществами соответственно на 12-77% (среднее значение 35%) и 2-44% (среднее значение 18%). Для сравнения изменения уровня загрязнения органическими (по ХПК) и минеральными (по минерализации) веществами при добавлении сравнимых количеств активированного угля составляет соответственно 19-62% (среднее значение 34%) и 7-53% (среднее значение 15%).

Таким образом, активная сорбция загрязняющих веществ сорбентом способствует стабилизации химического состава стока и выживанию биоценоза при высоких концентрациях химических компонентов в потоке. Были проведены испытания образцов сорбента. Образцы представляли собой навески (50 г) сорбента или песка, высушенные до постоянной массы, при температуре 90-105^oС после 260-часовой экспозиции. Экспозиция в стоке происходила при температуре воды +4 +8^oС.

Анализ изменения массы образцов после 260-часовой экспозиции в биоинженерном сооружении указывает на более активное образование биомассы на образцах сорбента по сравнению с песком - традиционной составляющей грунта водоемов: среднее значение для песка 8,0%, для сорбента 16,2%.

Далее сточные воды контактируют с высшей водной растительностью: тростником, рогозом, камышом озерным и т.д., которые выполняют функцию биофильтра на границе раздела суша/вода, задерживая и поглощая взвешенные и растворенные минеральные и органические вещества, попадающие с площади водосбора. Взвеси либо сорбируются на поверхности растений слизью, покрывающей их погруженные в воду части и оседают на дно водоемов, либо подвергаются деструкции микроорганизмами, а продукты разрушения поглощаются и усваиваются растениями. Растения могут извлекать из воды и грунта не только необходимые им биогенные элементы (азот, фосфор, калий, железо) но и другие минеральные макро- и микроэлементы, а также балластные и токсические вещества, в том числе соли тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества и различные ядохимикаты, цианиды и т.п., если концентрация их в воде не превышает летальных доз для этих растений. Высшие водные растения лучше адаптируются к токсическим и нетоксическим веществам по сравнению с низшими организмами (бактерии, водоросли, грибы, простейшие) активного ила, под влиянием которых происходит биохимическая очистка сточных вод.

Высшая водная растительность, особенно крупные водновоздушные макрофиты (тростник, рогоз, камыш озерный, ежеголовка ветвистая и многие другие гидрофиты) в отличие от наземных растений способны успешно расти и развиваться при недостатке или отсутствии кислорода в почвенно-водной среде благодаря аэренхимному строению тканей корней и других органов.

Процесс очистки сточных вод происходит в биоинженерном сооружении, где произведена посадка высших водных растений; посадку растений производят по схеме 2-4 растения с природным грунтом на расстоянии 30-60 см друг от друга.

Для обеспечения противофильтрационной защиты подземных вод применено водонепроницаемое основание из глины в биоинженерном сооружении, а для лучшего укоренения растений использован донный грунт: 2/3 - глинистый грунт и 1/3 - отбеливающие земли. Реальная глубина сооружения составляет 0,9-1,2 м. Скорость движения: 0,2-0,3 м/с. Подача сточных вод осуществляется через лоток с выходной стороной зубчатой формы со скоростью 0,0013 м³/с.

Результаты испытаний показали, что при использовании данного способа очистки сточных вод достигнута высокая эффективность стока от органических веществ, активизация природных процессов самоочищения воды, что подтверждается снижением биологического потребления кислорода на уровне около 80%. Приблизительно такого же эффекта очистки воды от органических веществ можно ожидать в зимний период времени.

Из таблицы 2 видно, что после обработки воды в биоинженерном сооружении значительно снизилось значение БПК₅, а также аммонийного азота и нитратов, что свидетельствует об активной деятельности микрофитов даже в условиях пониженных температур. Некоторое возрастание значения ХПК после очистки можно объяснить образованием значительного количества легкоокисляемых соединений в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

Равновесная концентрация кислорода в климатических условиях отбора проб воды (коэффициент пропорциональности в управлении Генри для +5^oС равен 0,08 мг/л мм рт.ст. Содержание кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,95% и степень насыщения кислородом (R,%) составляют 0,08•748•0,2095=12,5 мг/л R%=7,0•100/12,5=55,7%.

Таким образом, при использовании данного способа очистки повышается значительно эффективность очистки стока, а также происходит активизация природных процессов самоочищения воды.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод с использованием элементов естественной экологической системы, включающий очистку сточных вод микроорганизмами активного ила и высшими водными растениями с применением сорбента и принудительную аэрацию, отличающийся тем, что перед контактом с высшими водными растениями проводят принудительную аэрацию с применением лотка с зубчатой структурой и дополнительную обработку сточных вод путем пропускания их через сорбент в виде природных отбеливающих земель, при этом применяют биоинженерное сооружение с донным грунтом для укоренения высших водных растений следующего состава: 2/3 - глина, 1/3 - отбеливающие земли.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4