Способ биологической доочистки сточных вод и система для его осуществления
Владельцы патента RU 2504519:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)
Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложена система для биологической доочистки сточных вод. Система включает в себя пруды для контакта вод в проточных условиях с высшей водной растительностью. Открытый накопитель сточных вод связан трубопроводами с очистными модулями. Каждый модуль выполнен в виде крытого пруда длиной в 4-5 раз больше ширины. Над модулями установлено укрытие в виде арочной конструкции из рулонной стали толщиной 0,8-1,2 мм. Арочная конструкция имеет утеплитель с внутренней стороны укрытия. Дно пруда покрыто глиной или полиэтиленовой пленкой для гидроизоляции. Сверху гидроизоляции уложен плодородный грунт поперечными полосами 0,3-0,4 м для высадки тростника. Ширина полос и расстояние между ними составляют 5 м. Между тростниковыми полосами в свободноплавающем состоянии находится Ряска малая. Посредине пруда на сваях установлен решетчатый настил с перилами для перемещения людей. В конце пруда размещен колодец для сброса в открытый приемник очищенной воды. Также предложен способ для доочистки сточных вод с помощью указанной системы. Техническим результатом является повышение эффективности круглогодичной биологической доочистки сточных вод, включая вывод из них тяжелых металлов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к очистке стоков промышленных предприятий, и может быть использовано при биологической доочистке стоков горных, металлургических, химических и др. предприятий от цианидов и тяжелых металлов.
Известны способы очистки сточных вод в искусственных водоемах, например биопрудах, оборудованных земляными насыпями (дамбами) III. В них для очистки стоков используются высшие водные растения /2/ или древесно-кустарниковые растения /3/. Недостатками таких способов являются небольшая производительность или недостаточное качество очистки, а также ограничение области применения в районах с суровым климатом и многолетнемерзлыми грунтами и горными породами.
Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ доочистки сточных вод в биологических прудах глубиной 3-4 м, включающий контакт с высшей водной растительностью в проточных условиях, в котором в качестве высшей водной растительности используют тростник обыкновенный, который высаживают на затопленных поперечных дамбах высотой 1-2 м и шириной 6-20 м, и дополнительно на междамбовых участках высаживают макроводоросли хары. При этом площадь дамб составляет 1/3 от всей площади пруда /4/. Такой способ позволяет в течение 2 суток в теплое время года и 3 суток в холодное время очищать стоки от минеральных и органических взвесей и проводить обеззараживание стоков.
Недостатком этого способа доочистки сточных вод, принятого за прототип, является невозможность его применения в условиях суровой длительной зимы, когда прекращается вегетативный рост растений, и высокие затраты на создание прудов с дамбами.
Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности круглогодичной биологической доочистки сточных вод, включая вывод из них тяжелых металлов, за счет укрытия прудов легкими конструкциями.
Поставленная задача достигается тем, что в способе биологической доочистки сточных вод, включающем контакт сточных вод в проточных условиях с высшей водной растительностью в виде тростника обыкновенного, расположенного поперечными полосами, согласно изобретению, биологическая доочистку сточных вод проводится в очистных модулях в виде крытых прудов длиной в 4-5 раз больше ширины, имеющих утеплитель с внутренней стороны укрытия, соединенных в единую систему впуска и выпуска воды, при этом дно пруда покрывают, глиной или полиэтиленовой пленкой для гидроизоляции, в, каждом очистном модуле укладывают плодородный грунт поперечными полосами толщиной 0,3-0,4 м для высадки тростника, ширина полос и расстояние между ними составляют 5 м, между тростниковыми полосами в свободноплавающем состоянии находится Ряска малая, в конце пруда размещают колодец для сброса в открытый приемник очищенной воды, количество очистных модулей устанавливают в зависимости от точного объема очищаемых сточных вод.
Поставленная задача достигается также тем, что в системе доочистки сточных вод, включающей пруды для контакта сточных вод в проточных условиях с высшей водной растительностью, согласно изобретению, открытый накопитель сточных вод связан трубопроводами с очистными модулями, каждый из которых выполнен в виде пруда длиной в 4-5 раз больше ширины с установленным над ним укрытием в виде арочной конструкции из рулонной стали толщиной 0,8-1,2 мм, имеющим утеплитель с внутренней стороны укрытия; дно пруда покрыто глиной или полиэтиленовой пленкой для гидроизоляции, где сверху уложен плодородный грунт поперечными полосами толщиной 0,3-0,4 м для высадки тростника; ширина полос и расстояние между ними составляют 5 м, между тростниковыми полосами в свободноплавающем состоянии находится Ряска малая; посредине пруда на сваях установлен решетчатый настил с перилами для перемещения людей; в конце пруда размещен колодец для сброса в открытый приемник очищенной воды.
В районах многолетней мерзлоты для исключения теплообмена с нижележащими горными породами под гидроизоляцию размещают утеплитель.
Принципиальная схема выполнения способа биологической доочистки сточных вод с помощью системы для доочистки сточных вод приведена на рисунках.
На фиг.1 показана схематично система для доочистки сточных вод; на фиг.2 - поперечное сечение очистного модуля; на фиг.3 - продольное сечение очистного модуля.
Открытый накопитель 1 сточных вод, глубина которого на 2-3 метра больше максимальной толщины ледяного покрова в зимний период, соединен трубами 2 с очистными модулями 3, расположенными, например, рядом. Очистной модуль 3 представляет собой искусственный пруд 4 глубиной до 2 м и длиной в 4-5 раз больше ширины, что позволяет дневному свету освещать с торцов всю длину пруда 4. Вдоль пруда 4 расположены ленточные дорожки 5 из бутового камня или бетона, служащие одновременно фундаментами для укрытия 6 над прудом 4. Укрытие 6 может быть выполнено, например, в виде быстровозводимой арочной конструкции из рулонной стали толщиной 0,8-1,2 мм с утеплителем с внутренней стороны /5/. Радиус и ширина арки могут составлять от 3 до 21 метра, конструкция не требует мощного фундамента. На дне пруда 4 размещают гидроизоляцию 7, например, из глины или полиэтиленовой пленки в несколько слоев. Такая защита позволит исключить загрязнение подземных вод недоочищенными стоками. В районах с многолетнемерзлыми породами для исключения теплообмена с нижележащими горными породами 8 под, гидроизоляцию 7 размещают утеплитель 9, например, пенополистирол или минеральную вату. Поперек пруда 4 на его дне размещают плодородный грунт 10 полосами толщиной 0,3-0,4 м. Ширина полос и расстояние между ними составляют около 5 м. Посредине пруда 4 на сваях 11 установлен решетчатый настил 12 с перилами 13 для перемещения людей, на который выведены концы сетей 14, уложенных на дно пруда 4 между полосами грунта 10. Противоположные концы сетей 14 крепят на ленточных дорожках 5. При необходимости между сваями 11 могут устанавливаться щиты для разделения пруда 4 на изолированные зоны. На противоположном от входной трубы 2 конце очистного модуля 3 выполнен колодец 15 для сброса очищенных вод по трубам 16 в открытый приемник 17. Торцевые части модулей 3 выполнены в виде больших остекленных оконных переплетов 18.
Способ биологической доочистки сточных вод осуществляют следующим образом.
Очищенная химическим методом, например, хлорированием гипохлоритом кальция, промышленная сточная вода из открытого накопителя 1 по трубам 2 поступает в очистной модуль 3 и распределяется по всему его объему, протекая через зоны, засаженные тростником и ряской. Тростник высаживают в плодородный грунт на полосах 10 из расчета 100 растений на 1 м2 при глубине 2 м. Тростник - широко распространенный вид, космополит, ареал распространения которого достигает 70° северной широты. Ряска находится в свободноплавающем состоянии между тростниковыми полосами.
В зимний период года сточные воды подогревают, например, электрическими подогревателями 19 в трубах 2 и прудах 4 и поддерживают рабочую температуру в водах очистных модулей 3 не ниже 6°C. В теплый период температура воды не должна превышать 25-26°C, что обеспечивается укрытием 6.
Погибшие растения и отмершие части ряски убираются из прудов 4 посредством сетей 14, изначально уложенных на дне. Для этого с помощью тельфера 20, закрепленного на своде укрытия 6, зацепляют выведенный на настил 12 конец сети 14 и поднимают его. За счет закрепления второго конца на ленточной дорожке 5, сеть 14 наклоняется в сторону ленточной дорожки 5 и извлеченные из воды остатки ряски скатываются на ленточную дорожку 5, откуда убираются на утилизацию. Вода, вытекающая из ряски, через шпигаты 21 в бордюрах 22 стекает обратно в пруд 4. Отмершие части тростника можно убирать вручную или косилками. Отработанные растения утилизируют, например, сжиганием для излечения аккумулированных тяжелых металлов.
Роль высшей водной растительности, используемой в прудах доочистки, заключается в задержании минеральной взвеси, обеззараживании и аэрации воды, а также извлечении из водной среды химических загрязнителей, включая тяжелые металлы. В пруду с расположенными поперек течения растительными полосами и свободно плавающими между ними гидрофитами создается последовательность в чередовании различных биоценозов, что обеспечивает глубокую доочистку и обеззараживание сточных вод. Применяемые высшие водные растения подавляют рост и развитие болезнетворных микроорганизмов и бактерий. В результате предотвращается риск вторичного загрязнения пруда. Для надежного функционирования биологической доочистки в зимний период с коротким световым периодом возможно применение искусственного освещения с помощью светильников 23, размещенных, например, на своде укрытия 6.
Качество сточной воды до и после биологической доочистки сточных вод на примере хвостохранилища горно-обогатительного комбината представлено в таблицах 1 и 2 соответственно.
| Таблица №1 | |||||||||||||
| Данные химического анализа пробы сточной воды, очищенной химическим методом перед биологической доочисткой | |||||||||||||
| Параметры | pH | Взвеси, мг/л | БПК5, мг/л | CN, мг/л | CNS, мг/л | Zn, мг/л |
Co, мг/л |
Ni, мг/л |
Mn, мг/л |
Pb, мг/л |
Cd, мг/л |
Fe, мг/л |
Cu, мг/л |
| Значения | 11,69 | 139,7 | 1,3 | 6,9 | 1,5 | <0,004 | 3,680 | 0,005 | 26,83 | 0,0048 | <0,0001 | 0,345 | 10,49 |
| Таблица №2 | |||||||||||||
| Данные химического анализа пробы сточной воды после доочистки с использованием Ряски малой и тростника | |||||||||||||
| Параметры | pH | Взвеси, мг/л | БПК5, мг/л | CN, мг/л |
CNS, мг/л |
Zn, мг/л |
Co, мг/л |
Ni, мг/л |
Mn, мг/л |
Pb, мг/л |
Cd, мг/л |
Fe, мг/л |
Cu, мг/л |
| Значения | 7,46 | 7,1 | 3,3 | <0,005 | <0,005 | <0,004 | 0,008 | <0,001 | 0,053 | <0,0001 | <0,0001 | 0,013 | 0,0137 |
Такие результаты биологической доочистки удалось получить в теплое время года за 5 суток, в холодное - за 7 суток.
Время пребывания очищаемых стоков в очистном модуле 3 можно регулировать скоростью водного потока, изменяя пропускную способность труб 2 и колодцев 15, или располагая очистные модули 3 последовательно.
Количество очистных модулей 3, находящихся в работе одновременно, зависит от поступающего в единицу времени объема сточных вод и параметров модулей. Например, при ширине зеркала пруда 10 м и длине 50 м объем воды составит 1000 м3. При необходимой длительности очистки в 5 суток суточный объем водообмена составит 200 м3, а годовой объем сточных вод, очищаемых одним очистным модулем, составит 73000 м3. Модуль с параметрами 15×75×2 вмещает объем воды 2250 м3, тогда суточный объем водообмена составит 450 м3, а годовой объем сточных вод, очищаемых одним очистным модулем, может достичь величины 164250 м3.
Таким образом, именно заявляемая система доочистки сточных вод позволяет осуществить заявляемый способ биологической доочистки сточных вод и тем самым решить поставленную техническую задачу повышения эффективности круглогодичной биологической доочистки сточных вод, включая вывод из них тяжелых металлов.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. СанПиН 4630-88. - М.: Минздрав РСФСР, 1989, 69 с.
2. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема. - М.: Изд. ИВП РАН, 1992, 255 с.
3. Авторское свидетельство СССР №918277, МПК7 C02F 3/32, 1978.
4. Авторское свидетельство СССР №1198021; МПК 7 C02F 3/32, 1984 (прототип).
5. Бескаркасные арочные сооружения. Рекламный проспект фирмы «Ставр».
1. Способ биологической доочистки сточных вод, включающий контакт сточных вод в проточных условиях с высшей водной растительностью в виде тростника обыкновенного, расположенного поперечными полосами, отличающийся тем, что биологическую доочистку сточных вод производят в очистных модулях в виде крытых прудов длиной в 4-5 раз больше ширины, имеющих утеплитель с внутренней стороны укрытия, соединенных в единую систему впуска и выпуска воды, при этом дно пруда покрывают глиной или полиэтиленовой пленкой для гидроизоляции, в каждом очистном модуле укладывают плодородный грунт поперечными полосами толщиной 0,3-0,4 м для высадки тростника, ширина полос и расстояние между ними составляют 5 м, между тростниковыми полосами в свободноплавающем состоянии находится Ряска малая, в конце пруда размещают колодец для сброса в открытый приемник очищенной воды, количество очистных модулей устанавливают в зависимости от точного объема очищаемых сточных вод.
2. Система для биологической доочистки сточных вод по п.1, включающая пруды для контакта сточных вод в проточных условиях с высшей водной растительностью, отличающаяся тем, что открытый накопитель сточных вод связан трубопроводами с очистными модулями, каждый из которых выполнен в виде пруда длиной в 4-5 раз больше ширины с установленным над ним укрытием в виде арочной конструкции из рулонной стали толщиной 0,8-1,2 мм, имеющим утеплитель с внутренней стороны укрытия; дно пруда покрыто глиной или полиэтиленовой пленкой для гидроизоляции, где сверху уложен плодородный грунт поперечными полосами толщиной 0,3-0,4 м для высадки тростника; ширина полос и расстояние между ними составляют 5 м, между тростниковыми полосами в свободноплавающем состоянии находится Ряска малая; посредине пруда на сваях установлен решетчатый настил с перилами для перемещения людей; в конце пруда размещен колодец для сброса в открытый приемник очищенной воды.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в районах многолетней мерзлоты для исключения теплообмена с нижележащими горными породами под гидроизоляцию размещают утеплитель.
