Цель: изучить основы организации и функционирования биологических прудов для очистки сточных вод
Ход работы:
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.
2. Описать и зарисовать сооружения.
Теоретическая часть:
Основные сооружения для биологической очистки сточных вод в естественных условиях включают в себя биологические пруды. Бактерии в них используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют СО2, фосфаты и аммонийный азот, выделяемые при биохимическом разложении органических веществ. Поэтому биологические пруды обеспечивают более глубокую очистку сточных вод, чем сооружения искусственной биологической очистки.
Практическая часть:
Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 2-5 последовательных ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная вода. Они должны располагаться на нефильтрующих или слабо-фильтрующих грунтах. По отношению к жилым массивам пруды необходимо располагать с подветренной стороны, направление движения воды в прудах должно быть перпендикулярно направлению ветра.
Биологические пруды (осветлители) используются для слабо концентрированных сточных вод, содержащих легко разлагаемые бактериями органические вещества. Они применяются также в качестве вторичных осветлителей для химически обработанных или неполностью биологически очищенных сточных вод. Размеры их должны быть подобраны таким образом, чтобы сточные воды в них ни в какое время не подвергались процессу гниения. (Эти размеры рассчитываются на основании биохимической потребности кислорода, покрытие которого должно происходить за счет воздуха, а иногда и за счет разбавления богатыми кислородом водами. Если эти естественные пополнения кислорода оказываются недостаточными, то его недостаток устраняют добавкой нитратов. В основу расчета можно класть эквивалент населенности, причем на каждого жителя нужно считать 20 м2 площади пруда). Для того чтобы ассимиляция под влиянием света могла полностью протекать, необходимо, чтобы глубина пруда не превышала 1,20 м. Однако при глубине воды менее 50 см значительно возрастает потребность в площади. Равномерность распределения воды по всему течению лучше всего обеспечивается подводкой воды в нескольких местах. Если предполагается разведение в пруде рыб для истребления личинок комаров, то необходима хорошая предварительная механическая очистка. Для промышленных сточных вод, смешанных с хозяйственными водами или без них, существенную роль играют не только кислород, но и своевременное удаление ила, накапливающегося в прудах. Обычно это производится землечерпалками. Необходимо заранее предусмотреть требуемую площадь для хранения и сушки влажного ила.
Различают пруды с естественной аэрацией и искусственной аэрацией, которые могут быть использованы:
- как самостоятельные сооружения биологической очистки (В этом случае производительность очистной станции не должна превышать 15000 м/сут для прудов с искусственной аэрацией и 5000 м/сут для прудов с естественной аэрацией. При БПКполн стоков, меньшем 200 мг/л применяется естественная аэрация, при большем значении - искусственная аэрация. Сточная вода предварительно должна быть пропущена через решетки и первичные отстойники);
- как пруды глубокой очистки (Пропускная способность прудов с естественной аэрацией не превышает 10000 м/сут, при искусственной аэрации пропускная способность неограниченна. Если значение БПКполн сточных вод не превышает 25 мг/л, используется естественная аэрация, при значении БПКполн до 50 мг/л – искусственная аэрация).
В теплый период года БПКполн очищенных в биологических прудах стоков уменьшается до 5-6 мг/л, а содержание взвешенных веществ - до 15-30 мг/л. В холодное время года БПКполн может снижаться до 3-4 мг/л, а содержание взвешенных веществ - до 10 мг/л.
Рис. 1 Схема биохимических взаимодействий Рис. 2. Биологический пруд из пяти ступеней
в окислительном пруду: 1 - подача сточной воды; 2 - распределительные
I — воздух; II — зона ростра водорослей; перегородки из фашины или плетня;
III — зона аэробной переработки растворимых и 3 - разделительные валики; 4 - перепускные лотки;
коллоидных органических примесей; 5 - запасные выпуски; 6 - отводные каналы
IV — ил (зона анаэробного разложения)
Искусственная аэрация в биологических прудах может быть механической или пневматической. В первом случае на биологических прудах устанавливают механические аэраторы на понтонах, во втором - по дну прокладываются перфорированные полиэтиленовые трубы.
Для повышения глубины очистки воды до значения БПКполн, равного 3 мг/л и снижения содержания биогенных элементов, рекомендуется разведение в последней ступени прудов высшей водной растительности - камыша, тростника и т.д.
Форму биологических прудов в плане принимают в зависимости от типа аэрации: прямоугольной (при пневматической и механической аэрации) и круглой (при планетарных аэраторах). Соотношение между длиной L и шириной b ступеней биологических прудов, принимается при естественной аэрации 20-30 и более, при искусственной аэрации - не более 1-3.
Гидравлическая глубина прудов с естественной аэрацией равна 0,5-1 м, с искусственной аэрацией - 3-4,5 м в зависимости от типа аэратора.
В окислительных прудах (рис.1) переработка органических и ряда других примесей сточных вод обеспечивается анаэробным разложением осадка в придонной зоне и окислением растворенных и коллоидных органических веществ при аэробном метаболизме бактерий в средней части объема воды. Продукты этих процессов утилизируются водорослями, растущими у поверхности и вырабатывающими кислород для обеспечения аэробной деструкции органических веществ. Обычно скорость зависит от интенсивности освещения и температуры. Окислительные пруды поэтому обычно неглубоки (0,9—1,5 м), а процессы фотосинтеза наиболее эффективны при ясной и теплой погоде. В холодное время года пруды работают в основном как емкостные сооружения сбора оседающих примесей, а не как биологические реакторы.
Более широко, чем окислительные пруды, используют искусственные аэрируемые пруды с плавающими и стационарными механическими аэраторами или с пневматической аэрацией. Рекомендуемые нагрузки для поверхности такого пруда (по БПК5) составляют в среднем 4,5—11,2 г 02/(м-сут), эффективность очистки 80—95%.
В таких аэробных высоконагружаемых по органическим компонентам прудах фотосинтез является основным источником кислорода для биологического разложения органических отходов. В этом случае происходит интенсивный рост водорослей, в протоплазму которых и переходит основная масса органических веществ сточных вод. Водоросли затем выделяют из стока пруда фильтрацией (например, через сетчатый микрофильтр) или методами физико-хи- мического осаждения.
Анаэробные пруды (лагуны) предназначены для разрушения и стабилизации концентрированных жидких, полужидких и твердых отходов при нагрузках (по БПК5) 300—2300 кг О2/га. В этих прудах анаэробное брожение сложных веществ отходов происходит в два этапа: превращение сложных органических веществ в летучие жирные кислоты с последующим их преобразованием в газообразные продукты (преимущественно метан и диоксид углерода). Анаэробные пруды используют в основном в условиях теплого климата для переработки отходов производства мяса и птицы, консервных заводов, боен, для переработки картофельных и свекольных отходов, навоза и пр. Для получения стока, пригодного для сброса в естественные водоемы, за анаэробной лагуной обычно предусматривают аэробное сооружение, например окислительный пруд или аэрируемую лагуну. Глубина анаэробного пруда не лимитируется глубиной проникновения света и обычно составляет 1,5— 4,5 м. При проектировании таких сооружений в качестве основных принимают удовлетворительные опытные нормы нагрузки (по БПКполн): для большинства отходов минимальные нормы нагрузки составляют 24—32 кг О2/100 м объема лагуны в сутки.
Предварительным условием для организации прудов-накопителей является наличие больших земельных участков. Они могут применяться только к таким сточным водам, которые не претерпевают существенных изменений при хранении. Эти пруды служат для хранения сточных вод в течение какого-то определенного критического периода, чтобы предотвратить их выпуск. При сооружении этих прудов не ставится никаких особых требований, в том числе и в отношении удаления ила. Все же нужно следить за тем, чтобы сточные воды не загрязняли грунтовые воды. Пруды-накопители часто используются для отработанных растворов калийной промышленности, в отдельных случаях для сульфитных щелоков целлюлозной промышленности и т. д.
Вывод: