Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами

Рост промышленного и городского водопотребления, сопровождаемый сбросом в реки большого количества сточных вод, приводит к тому, что вода превращается в ценное дефицитное сырьё.

Очистка рек, озёр и водохранилищ осложняется тем, что в сточных водах увеличивается количество трудно биохимически окисляемых и вредных веществ, таких как синтетические моющие средства и другие продукты органического синтеза. Проблема очистки сточных вод ряда отраслей промышленности до концентраций специфических загрязнений, безвредных для водоёмов, ещё не решена. Поэтому эффективная очистка промышленных и городских сточных вод для сохранения чистоты источников водоснабжения является одной из первоочередных водохозяйственных проблем.

Действующие Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами регламентируют качество воды водоёмов в расчётных пунктах водопользования, а не состав сточных вод. Охрана водоёмов от загрязнения не связана со всей их протяженностью, а только с определёнными пунктами, на подходе к которым вода должна отвечать нормативным показателям качества. Условия спуска сточных вод в водоёмы определяют с учётом возможного их разбавления водой водоёма на пути от места выпуска до ближайшего расчётного створа водопользования, что, однако не является необходимым и достаточным условием экологической безопасности поверхностных водных объектов, т.к. на данный момент подавляющее большинство из них уже исчерпали свои биологические резервы, необходимые для своего самоочищения.

Глава 1

Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами.

1.1. Условия сброса сточных вод в водоёмы.

Очищенные на станциях аэрации сточные воды из-за неполноты очистки требуют разбавления чистой водой, причём кратность разбавления определяется в основном остаточным содержанием веществ, не полностью разрушенных в процессе очистки. По мере роста водопотребления положение с разбавлением очищенных сточных вод будет очень напряжённым. В городах и районах с дефицитными водными источниками придётся применять более совершенные методы очистки сточных вод, или подавать воду для разбавления из другой речной системы.

В таких условиях большое значение приобретает внедрение на предприятиях оборотного водоснабжения, повторное использование очищенных сточных вод и рационализация технологии производства в направлении снижения водопотребления, количества и концентрации сточных вод.

Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами установлены нормы качества воды по основным санитарным показателям для водоёмов двух видов водопользования:

к первому виду относятся участки водоёмов, используемые в качестве источников централизованного или нецентрализованного питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

ко второму виду относятся участки водоёмов, используемые для спорта, купания и отдыха населения, а также водоёмы в черте населённых пунктов.

Ближайшие к месту выпуска сточных вод пункты водопользования на водоёмах первого и второго вида устанавливаются органами Государственного надзора с учётом перспектив использования водоёма. Состав и свойства воды должны соответствовать нормативам воды в створе, расположенном на проточных водоёмах в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоёмах – озёрах и водохранилищах – в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

При спуске сточных вод в черте города (или любого населённого пункта) первым пунктом водопользования является этот город или населённый пункт. В этих случаях требования к составу и свойствам воды водоёма нужно относить и к сточным водам, так как нельзя рассчитывать практически на разбавление и самоочищение.

К основным нормативам качества воды относятся следующие:

- Взвешенные вещества.

Содержание взвешенных веществ в воде после спуска сточных вод не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/л для водоёма первого вида и на 0,75 мг/л для водоёма второго вида. Для водоёмов, содержащих в межень более 30 мг/л природных минеральных взвесей, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в воде до 5%.

- Плавающие примеси.

На поверхности водоема не должно быть плавающих плёнок, пятен минеральных масел и скопления других примесей.

- Запахи и привкусы.

Вода не должна приобретать запахов и привкусов интенсивностью более 2 баллов, обнаруживаемых в водоёмах первого вида непосредственно или при хлорировании и в водоёмах второго вида непосредственно

- Окраска.

Окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 20 и 10 см для водоёмов первого и второго видов.

- Температура.

Летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более чем на 3^оС.

- Активная реакция.

(рН) воды водоёма после смешения со сточными водами не должна выходить за пределы 6,5-8,5.

- Минеральный состав.

Для водоёмов первого вида не должен превышать по плотному остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов – 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л; для водоёмов второго вида минеральный состав нормируется по показателю «Привкусы».

- Растворённый кислород.

В воде водоёма после смещения со сточными водами количество растворённого кислорода не должно быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, взятой до 12 часов дня.

- Биохимическая потребность в кислороде.

Полная потребность воды в кислороде при 20^оС не должна превышать 3 и 6 мг/л для водоёмов первого и второго видов.

Возбудители заболеваний не должны содержаться в воде. Методы предварительной очистки и обеззараживания сточных вод согласовываются в каждом отдельном случае с органами Государственного санитарного надзора.

- Ядовитые примеси.

Не должны находиться в концентрациях, которые могут оказать прямое или косвенное вредное действие на здоровье людей.

Нормативные качества воды для водоёмов рыбохозяйственного значения устанавливают применительно к двум видам их использования:

· Водоёмы, используемые для воспроизводства и сохранения ценных сортов рыбы;

· Водоёмы, используемые для всех других рыбохозяйственных целей.

Вид водоёма определяется органами Рыбоохраны с учётом перспективного развития рыбного хозяйства. Нормативы состава и свойства воды в зависимости от местных условий могут относиться или к району выпуска сточных вод при осуществлении их быстрого смещения с водой водоёма, или к районам ниже спуска сточных вод с учётом возможной степени их смещения и разбавления в водоёме от места выпуска до ближайшей границы рыбохозяйственного участка водоёма. На участках массового нереста и нагула рыб спуск сточных вод не разрешается.

При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоёмы к составу и свойствам воды предъявляются более высокие требования по сравнению с изложенными выше.

Растворённый кислород. В зимний период количество растворенного кислорода не должно быть ниже 6 и 4 мг/л для водоемов соответственно первого и второго видов; в летний период во всех водоёмах – не ниже 6 мг/л в пробе, взятой до 12 часов дня.

Биохимическая потребность в кислороде. Величина БПК₅ при 20^оС не должна превышать 2 мг/л в водоёмах обоих видов. Если содержание кислорода в зимний период ниже на 40% нормального насыщения, то допускается сброс только тех сточных вод, которые не изменяют БПК воды водоёма.

Если в зимний период содержание растворённого кислорода в воде водоёма первого вида снижается до 6 мг/л, а в водоёме второго вида – до 4 мг/л, то можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют БПК воды.

Ядовитые вещества. Не должны содержаться в концентрациях, прямо или косвенно влияющих на рыб и организмы, служащие кормом для рыб.

Величина предельно допустимых концентраций каждого вещества, входящего в комплекс с одинаково лимитирующими показателями вредности, должна быть уменьшена во столько раз, сколько вредных веществ предполагается спустить в водоём.

Выполнение требований Правил охраны водоёмов возможно только в том случае, если со сточными водами поступает строго определённое количество загрязнений, соответствующее самоочищающей способности водоёма.

Необходимое уменьшение в сточных водах загрязнений для приведения их количества в соответствие с требованиями к составу и свойствам воды в расчётном пункте водопользования можно производить любым проверенным на практике методом очистки и обезвреживания сточных вод.

Улучшение качества воды и восстановление ее чистоты происходит под влиянием разбавления (перемешивания загрязнённой струи со всей массой воды) и минерализации органических веществ с отмиранием внесённых в реку чуждых ей бактерий – собственно самоочищения.

Учёт процессов естественного самоочищения водоёмов от поступивших в них загрязнений возможен, если этот процесс ярко выражен и закономерности его развития во времени достаточно изучены.

Для производственных сточных вод, содержащих разнообразные специфические загрязнения, зачастую с неустановленным режимом распада, основным способом очистки остаётся разбавление, протекающее наиболее быстро и полно в проточных водоёмах. Превращение рек в каскады водохранилищ с изменённым гидрологическим режимом делает необходимым применение более эффективных способов очистки сточных вод для уменьшения количества загрязнений, вносимых в водоёмы.

1.2. Смещение сточных вод с водой водоёмов.

Разбавление сточных вод, внесённых в проточный водоём, происходит по мере их перемещения вниз по течению и смешения с возрастающим потоком. Концентрация загрязнений при этом снижается обратно пропорционально кратности разбавления, величина которой в общем виде определена формулой:

Где q – расход сточных вод в м²/с;

Q – расход воды в реке в створе выпуска сточных вод при 95%-ной

обеспеченности в м²/сек

Концентрация загрязнений по поперечному сечению загрязнённой зоны потока неодинакова. В ней имеется струя с максимальной концентрацией загрязнения С_макс и струя с минимальной концентрацией С_мин. На некотором расстоянии (L) от места выпуска воды смешиваются с общим расходом реки (Q_cм=Q_L). Неодинаковая концентрация загрязнений выше створа полного смещения обусловлена тем, что отдельные струи смешиваются с неодинаковым количеством чистой воды. Поэтому расчёты проводятся для наиболее неблагоприятного случая, т.е. на минимальную часть расхода реки Q_см, которая обуславливает разбавление сточных вод в максимально загрязнённой части потока. Эту часть расхода реки, которая характеризуется коэффициентом смещения a , определяют по формуле:

,

где L – расстояние от места выпуска сточных вод до расчётного створа

по фарватеру реки в м.

Коэффициент , учитывающий гидравлические факторы смещения, определяют по формуле:

,

где - коэффициент извилистости русла реки (отношение длины

между двумя пунктами по фарватеру к длине по прямой);

-коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод; принимается для берегового выпуска равным 1, а для выпуска в фарватер – 1,5;

Е - коэффициент турбулентной диффузии.

Для равнинных рек определяется по формуле:

,

где - средняя скорость течения реки в м/сек;

Н_ср - средняя глубина реки в м.

С учётом коэффициента смещения кратность разбавления в расчётных створах теперь необходимо определять по формуле:

.

Разбавление сточных вод в водохранилищах и озёрах обусловлено перемещением водных масс в основном под действием ветровых течений. При установившемся движении в результате длительного действия ветра одного направления создаётся своеобразное распределение течений. В поверхностном слое, составляющем около 0,4 общей глубины водохранилища Н, течение имеет одинаковое направление с ветром и скорость, изменяющуюся от на поверхности до нуля на глубине 0,4 Н. Ниже размещается слой компенсационного течения противоположного направления.

Так как верхние слои воды по мере продвижения встречаются с новыми слоями, движущимися в обратном направлении, при расчётах нужно учитывать и последующие движения потока. Полное разбавление сточных вод является результатом совместного влияния начального разбавления, происходящего в пункте выпуска сточных вод, и основного, продолжающегося по мере продвижения сточных вод от места выпуска.

1.3. Требования, предъявляемые к степени очистки сточных вод.

Необходимую степень очистки сточных вод перед выпуском в водоём определяют применительно к приведённым выше показателям вредности. Чтобы правильно определить необходимую степень очистки сточных вод, нужно иметь исчерпывающие данные о количестве сточных вод и их составе, а также материалы обследований водоема, характеризующие его существующие и перспективные гидрологические и санитарные условия.

Необходимая степень очистки сточных вод выражается уравнением:

С_стq+C_paQ(aQ+q)C_пр.д^,

Где С_стq – концентрация загрязнений в сточных водах, с которой

они могут быть спущены в водоём, в г/м³;

С_р – концентрация загрязнений в водоёме выше места выпуска сточных вод в г/м³;

Q – расход воды в водоёме в м³/сек;

Q – количество сточных вод в м³/сек;

а – коэффициент смешения;

С_пр.д – предельно допустимая концентрация загрязнений в расчётном створе в г/м³.

После соответствующих преобразований уравнения получаем:

С_{ст .}

Величины С_р, - а и Q определяют на основании изысканий или по данным органов гидрометеорологической службы. Створы ближайших пунктов водопользования устанавливаются органами Государственного надзора с учётом данных о перспективах использования водоёма.

Кроме определения величины С_ст , при проектировании следует определять концентрацию загрязнений в максимально загрязнённой струе выше расчётного створа и сопоставлять её с требованиями, предъявляемыми к качеству воды водопользователями, расположенными на этом участке реки. Если концентрация загрязнений выше приемлемой для водопользователей величину С_ст нужно соответственно уменьшить.

При спуске в водоёмы сточных вод, содержащих несколько вредных веществ, учитывают комплексное действие этих веществ .в одних случаях токсическое действие одного вредного вещества ослабляется присутствием другого вредного или безвредного вещества. В других случаях оно резко усиливается, а при наличии вредных веществ, имеющих такой же лимитирующий показатель вредности, - суммируется. Суммарное действие токсичных соединений является наиболее частным случаем, поэтому при сбросе в водоём сточных вод, содержащих несколько вредных веществ с одинаковыми показателями вредности, предельно допустимую концентрацию каждого из них нужно уменьшить пропорционально числу таких веществ.

Часто производственные сточные воды содержат вредные вещества, относящиеся по действию к различным группам вредности.

В этих случаях их предельно допустимую концентрацию определяют по каждой группе в отдельности.

Данные группы – группы лимитирующего показателя вредности (ЛПВ) распределены на:

a) Группу санитарно – токсикологического ЛПВ, куда входят хлориды, сульфаты и нитраты, для которых должно выполнятся условие

b) Группу рыбохозяйственного ЛПВ, в которой одно загрязняющее вещество – нефтепродукты (НП), для которых должно выполнятся условие

c) Группу общесанитарного ЛПВ, в которой содержится также ингредиент – БПК_полн , для которого должно выполнятся условие

d) Группу токсикологического ЛПВ, в которой два вещества – аммонийный ион (NH₄⁺) и нитраты (NO₂^-) для которых должно выполнятся условие

e) Группу органолептического ЛПВ, в которой два ингредиента – железо (Ж) и синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ), для которых должно выполнятся условие

f) Группу, куда входят взвешенные вещества.

Согласно «Правилам охраны поверхностных вод», содержание взвешенных веществ в створе смешения не должно увеличиваться более чем на 0,75 мг/л по сравнению с фоном реки – С_р.

Под предельно допустимым сбросом (ПДС) загрязняющих веществ в природный объект, понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды контрольном пункте. ПДС устанавливается с учётом предельно допустимых концентраций С_пр.доп. если, что тоже самое, ПДК веществ в местах водопользования и ассимилирующей способности водного объекта.

ПДС определяется для всех категорий водопользователей как произведение расхода сточных вод «q» (м³/час) на концентрацию вещества С_пр.доп. (мг/л) в сточных водах по формуле:

ПДС(г/час)=q_{ст.воды}(м³/час)^.С_пр.доп.(мг/л).

Размерностью количественного значения ПДС является (г/час).

Глава 2

Особенности установок и сооружений для очистки сточных вод в малых населённых пунктах.

2.1. Общие принципы очистки сточных вод от малых населённых пунктов.

Принятая в России унифицированная шкала производительностей очистных станций на местные (0,5-12 м³/сут), малые (25-1400 м³/сут), поселковые (14-10 м³/сут), городские (17-18 тыс. м³/сут) и районные (100-280 тыс. м³/сут).

Группы зданий и малые населённые пункты с максимальным населением 3-5 тыс.чел. могут обеспечиваться местными и малыми (до 1400 м³/сут) очистными станциями. Особенностью этих систем является то обстоятельство, что водоотведение от небольших объектов характеризуется большой неравномерностью во времени, как по части расходов, так и загрязнений. При вводе в эксплуатацию новых объектов – источников сточных вод – происходит резкое увеличение расхода сточных вод на очистных сооружениях через короткие промежутки времени (1-2 года), кроме того, малые канализационные системы эксплуатируются в основном малоквалифицированным персоналом. Перечисленные особенности предопределяют выбор методов очистки и технических решений установок в малой канализации: они должны быть эффективными, простыми, надёжными в работе; должны иметь высокое качество и одновременно низкую стоимость за счёт индустриальности строительства. В местных и малых системах канализиции применяются механические и биологические методы очистки, а в случае необходимости и доочистка сточных вод. При этом схема очистной станции обычно бывает упрощённой. Предпочтение следует отдать естественным методам очистки. Осадок от очистки сточных вод сбраживается (стабилизируется) и используется в сельском хозяйстве. Очищенная вода перед спуском в водоём подвергается обеззараживанию.

2.2 Установки механической очистки. Решётки и песколовки.

На насосных станциях перед двухярустными отстойниками и аэрационными установками устанавливаются решётки. В основном применяют стержневые решетки с ручной очисткой при помощи грабель. Стержни изготовляются из полосовой стали прямоугольного сечения 10Х10 мм и устанавливаются в канале на расстоянии 16 мм друг от друга. Угол наклона плоскости решётки к горизонту – 60^о (рис. ?). На более крупных объектах (>45 тыс. чел) применяются решётки с механизированной очисткой. При перекачивании сточных вод на очистные сооружения решётка устанавливается в приёмном резервуаре насосной станции.

Иногда здесь решетки выполняются в виде перфорированного цилиндрического бака-корзины вместимостью 20-25 л.

На малых очистных сооружениях возможно применение решёток-дробилок типа РД-100, устанавливаемых непосредственно на трубопроводе, с максимальной производительностью 30 м³/ч и мощностью электродвигателя 0,27 кВт. Опыт эксплуатации решеток-дробилок показал, что они ненадёжны и недолговечны в работе. Считается что задержанный на решетках мусор не должен попадать на очистные сооружения, так как он практически не поддаётся биологическому окислению и только перегружает сооружения.

При расходе сточных вод более 100 м³/сут перед двухярустными отстойниками в основном применяются песколовки. Обычно строятся горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды и ручным удалением песка при численности жителей менее 5 тыс. (рис. ?). Песок, выпадающий в объёме 0,02 л/сут (на 1 чел), удаляется для сушки на песковые площадки. На малых сооружениях песколовки работают плохо, что вызвано большой неравномерностью расхода сточных вод. Это, однако, трудно учесть при проектировании. При раздельной системе канализации песка в бытовых сточных водах практически нет, поэтому часто отказываются от их сооружения вообще.

Общая ширина решётки при известном числе прозоров между стержнями определяется по формуле:

В=S(n-1)+в^.n

Где S – толщина стержней; в – ширина прозоров между стержнями; n – число прозоров.

Число прозоров между стержнями определяется по формуле:

где q – максимальный расход воды;

Н – глубина воды перед решёткой;

U_p – средняя скорость движения воды между прозорами решётки;

На эффективность работы решётки в первую очередь влияет потеря напора воды на самой решётке. Потери напора h_p, вызванная решетками, определяется по формуле:

где u – средняя скорость движения жидкости перед решеткой;

g – ускорение силы тяжести;

– коэффициент местного сопротивления

где - коэффициент местного сопротивления зависящий от формы стержней.

Продолжительность пребывания сточных вод в песколовке, необходимая для осаждения на дно песчинки, при условии если она находится на поверхности сточной воды, определяется по формуле:

где h₁ – глубина рабочей части песколовки;

u – скорость осаждения песчинки определённого диаметра;

так как , где l – длина рабочей части песколовки, то:

Это основное расчётное уравнение можно записать, используя, используя гидравлическую крупность песка u₀ , которая имеет размерность мм/сек

Значение параметров u₀ , коэффициента К , учитывающих влияние турбулентности потока и ряда других факторов определяется по таблицам, приводимых в СниП.

2.3 Двухярустные отстойники

для механической очистки сточных вод и сбраживания выпавшего осадка предусматриваются двухярустные отстойники. По сравнению с септиками сбраживание остатка происходит в отдельной камере. Двухярустные отстойники более совершенны и применяются для больших расходов сточных вод (практически до 10 тыс. м³/сут). Главным образом они применяются перед сооружениями биологической очистки (биофильтры, биологические пруды, поля фильтрации). Продолжительность отстаивания в осадочных желобах принимается 1,5 ч, они рассчитываются как горизонтальные отстойники со средней скоростью дважения воды 5-10 мм/с и задерживают 40-50% взвешенных веществ, а БПК снижается до 20%. Эффект очистки в двухярустном отстойнике сильно колеблется и зависит от неравномерности притока (рис.1.2). Объём септической камеры устанавливается в зависимости от средней зимней температуры сточных вод и вида сбраживаемых осадков. При температуре +10 ⁰С для бытовых сточных вод объём равен 65 л/год на одного жителя, а продолжительность сбраживания осадка 120 сут. При этом происходит распад бензольного вещества осадка на 40% и уплотнение его до влажности 90%.

Недостатки двухярустных отстойников состоят в расслоении осадка и плохом сбраживании нижних слоёв. Ввиду этого продолжительность сбраживания увеличивается.

Известно техническое решение переоборудования существующего двухярустного отстойника в аэрационную установку типа аэротенка-отстойника (рис. 2.2). При пневматической аэрации через дырчатые трубы расход воздуха составляет 30-60 м³/м³ , продолжительность аэрации 10-36 ч. Объёмная нагрузка сооружения по БПК₅ в пределах 300-500 г/(м^3.сут), а иловая нагрузка по БПК₅ 0,12-0,3 г/(г сут.вещества или х сут). Вторичный отстойник рассчитывают на поверхностную нагрузку 24-36 м³/(м^2.сут). Продолжительность отсаивания 1-3 ч. Нагрузка на отвадящий лоток-перелив должна быть менее 2,5 м³/(м^.ч). В аэрационной установке можно получить эффект очистки бытовых сточных вод по взвеси 85-95%, по БПК₅ – 90-95%.

2.4 Фильтрующие колодцы.

Для очистки сточных вод от небольших объектов (с расходом до 1 м³/сут) в песчанных и супесчаных грунтах применяются фильтрующие колодцы (рис. 2.3). Основание колодца располагается на 1 м выше уровня грунтовых вод. Расчётная фильтрующая поверхность колодца определяется суммой площадей дна и поверхности стенки колодца на высоту фильтра. Нагрузка на 1 м² фильтрующей поверхности должна приниматься 80 л/сут в песчанных грунтах и 40 л/сут в супесчанных. Для объектов сезонного действия нагрузка может увеличиться на 20% . Железобетонные кольца имееют диаметр 1,5 или 2м и отверстия в стенках диаметром 20-30мм. Колодец засыпается гравием или щебнем крупностью 30-50мм на глубину до 1м, днище и стенки обсыпаются тем же материалом.

2.5 Поля наземной фильтрации и орошения

Поля фильтрации предусматривают для биологической очистки предворительно отстоенных сточных вод в фильтрующих грунтах. Нагрузки на поля составляют от 55 до 250 м³/(га^.сут). Для отвода очищенных сточных вод предусматривается дренаж в виде осушительных канав, либо закрытый дренаж из керамических, асбестоциментных или полиэтиленовых труб. Площадь полей фильтрации проверяется на намораживание сточных вод в зимнее время. Чтобы организовать поля фильтрации, необходимо выделить значительные площади со спокойным рельефом. Избыточная влажность и высокое состояние грунтовых вод препятствует их применению.

На полях орошения происходит одновременно очистка сточных вод и выращивание сельскохозяйственных культур. Использование питательных веществ сточных вод (азот, фосфор) растениями позволяет значительно увеличить их урожайность. Перед подачей на поля сточные воды проходят полдную биологическую очистку, чаще всего в биологических прудах. Основной задачей очистных сооружений, устраиваемых перед сельскохозяйственными полями орошения, является очистка воды от патогенных микробов и яиц гельминтов. Для этого предпочительнее использовать в качестве сооружений предочистки биологические оксидационные контактно-стабилизационные (БОКС) пруды, обеспечивающие очистку вод до гигиенически безопасного качества.

На полях орошения выращивают в основном кормовые и технические культуры. Поля состоят из отдельных карт. Нагрузк на них составляют от 5 до 20 м³/(га^.сут). Поливы проводят обычно раз в 10 дней. Дренажный сток не превышает 3-4% объёма поданной воды и для его отвода сооружают, в зависимости от местных условий, открытый или закрытый дренаж. Ввиду климатических и почвенных условий (краткость вегетационного периода, избыток влаги в почве) поля орошения на получили широкого распространнения в Прибалтийских республиках.

2.6 Биологические пруды.

Пруды представляют собой сооружения, в которых естественные процессы самоочищения осуществляются бактериями, микроводорослями, зоопланктоном. Эти процесы могут интенсифицированы искусственной аэрацией и перемешиванием жидкости. Перед прудами предусматривают решетку и двухярусные отстойники. Все пруды желательно проектировать серийными, 2-4 ступенчатыми, в зависимости от необходимой степени очистки. Пруды устанавливают на слабофильтрующих грунтах. Пруды с естественной аэрацией применяются при расходе сточных вод до 500 м³/сут и БПК_полн не более 200 мг/л. глубина слоя воды 0,5-1 м (зимой глубина налива может увеличиватся на 0,5 м).

Биологические пруды с исскуственной аэрацией применяются при расходе до 15 тыс.м³/сут и БПК_полн не более 500 мг/л. Глубина воды в прудах принимается до 4,5 м. Объём первой неаэрируемой ступени пруда принимается исхдя из суточного пребывания сточной воды и служит для отстаивания взвешенных веществ (эффект до 40%). БПКполн при этом снижается на 10%.

В прудах применяется пневматическая (дырчатые трубы) или механическая аэрация (плавающие аэраторы с вертикальной осью вращения). Расчёт систем аэрации проводится аналогично аэротенкам. После биопрудов с механическими аэраторами предусматривают отстойные секции.

Пруды для доочистки могут быть с естественной или искуственной аэрацией. Концентрацию органических загрязнений по БПК_полн в сточных водах, подаваемых в биологические пруды доочистки нужно принимать: при естественной аэрации – не более 25 мг/л и искусственной – до 50 мг/л. глубина сточной жидкости в прудах от 1,5 до 2м.

Из опыта строительства и эксплуатации биологических прудов в климатических условиях северо-запада европейской части СССР (среднегодовая температура вохдуха 3-6 ⁰С) можно заключить следующее.

Биопруды относительно просты в строительстве и эксплуатации, но для устойчивого круглогодичного эффекта очистки они должны иметь системы искусственной аэрации. Лишь на очень малых объектах (до 100 чел.) могут применятся пруды с естественной аэрацией при нагрузке по БПК₅ 30 кг/(га^.сут). в качестве временых очистных сооружений могут устраиваться в первую очередь строительства пруды с естественной аэрацией, а в перспективе, после оборудования более совершенных установок (например, аэротенков) пруды будут выполнять функцию сооружений доочистки. Имея достаточно большую буферность они предохраняют водоёмы от загрязнения во время аварий и остановок основных сооружений биоочистки. Эффект очистки в биопрудах по БПК находится в пределах 85-98%, а по взвешенным веществам соответственно 90-98%.

2.8 Биофильтры

В биофильтрах проводится биологическая очистка сточных вод в исскуственно созданном фильтрующем материале (слое). Перед подачей на биофильтры сточные воды должны пройти механическую очистку в септиках (при производительности до 25 м³/сут) или в решотках, песколовках и двухярустных отстойниках. БПК_полн сточных вод, подаваемых на биофильтры полной биологической очистки, не должно превыщать 250 мг/л. при большем значении БПК следует предусматривать рециркуляцию сточных вод.

На малых очистных сооружениях рекомендуется применять плоскостные или погружные бофильтры, распологая их в закрытых помещениях.

Плоскостные биофильтры применяются с загрузкой блоками из поливинилхлорида, полиэтилена, полистирола и других жёстких пластмасс, способных выдержать температуру от 6 до 30 ⁰С без потери прочности. Биофильтры проектируются груглыми, прямоугольными и многогранными в плане. Рабочая высота принимается не менее 4 м в зависимости от требуемой степени очистки. В качестве загрузочного материала могут применятся также асбестоцементные листы, керамические изделия (кольца Рашига, керамические блоки), металлические изделия (кольца, трубки, сетки), тканевые материалы (нейлон, капрон). Блочная и рулонная загрузки должны распологаться в теле бофильтра таким образом, чтобы избежать "проскока" нечищенной сточной воды.

Основные показатели некоторых плоскостных загрузочных материалов для биофильтров даны в таблице 1.2

Загрузка из полиэтилена "сложная волна" представляет собой листы, гофрированные в двух направлениях с высотой волны 60 мм. Листы размером мм и толщиной 1 мм собираются в блоки с помощью сварки. Размер блоков мм. Загрузка "сложная волна" с прокладкой плоскими листами отличается от предыдущей загрузки тем, что листы "сложная волна" прокладываются плоскими полиэтиленовыми листами толщиной 1 мм. При этом увеличивается удельная площадь и жёсткость блоков. Сточная вода распределется на поверхности биофильтра при помощи активного оросителя. На рисунке 2.4 приведён пример конструктивного решения биофильтра с пластмасовой загрузкой.

Таблица 2.1

Расчёт биофильтров с плоскостной нагрузкой ведётся по методу С.В. Яковлева и Ю. Воронова, а именно – критериальный комплекс определяется в зависимости от требуемой степени очистки (БПК₅) очищенных сточных вод – L₂:

По среднезимней температуре сточных вод Т, ⁰С, подсчитывается константа скорости биохимических процессов

К_т=К₂₀^.1,047^Т-20

Где К₂₀ – константа скорости биохимических процессов в сточной воде при температуре 20 ⁰С.

В зависимости от требуемой степени очистки назначается высота слоя загрузки Н, м. При эффекте 90% Н=4,0 м. Величина пористости загрузочного материала Р, %, определяется видом выбранной нагрузки. Далее подсчитывается допустимая масса органических загрязнений по БПК₅, поступающих в сутки на единицу площади поверхностного материала биофильтра F, г/(м^2.сут).

По исходной БПК₅ поступающих сточных вод L₁, мг/л, и конструктивному размеру удельной площади поверхности загрузочного материала S_уд, м²/м³, определяется допустимая гидравлическая нагрузка q_n, м³/(м^3.сут).

В заключении определяется объём загрузочного материала биофильтров W, м³, их число и конструктивные размеры

где Q – расход сточных вод, м³/сут.

Для осветления биологической очищенной сточной воды за биофильтром предусматривают вертикальные вторичные отстойники с временем пребывания 0,75 ч. Масса избыточной биологической плёнки принимается равной 28 г по сухому веществу на 1 человека в сутки, влажность плёнки – 96%.

Хотя биофильтры с плоскостной загрузкой лишены основных недостатков классиче