Очистка сточных вод
Сточные воды представляют собой смесь пищевых остатков, взвешенных частиц, тяжелых металлрв, углеродных соединений; опасных патогенных бактерий, вирусов, личинок, яиц, червей-паразитов. Обычная обработка сточных вод города или поселка включает систему открытых прудов, в которых постепенно происходят процессы осаждения, нейтрализации и аэрации стока.
Первая серия прудов предназначена для осаждения сточных вод. На этой стадии в ходе анаэробных процессов разложения образуется биогаз (смесь метана, диоксида углерода, аммиака и других газов). Биогаз является вполне пригодным топливом для двигателей и газовых плит. Биогаз, уходящий в атмосферу, загрязняет воздух и способствует «парниковому эффекту» (нагревание! атмосферы земли, способное изменить климат планеты). Исходя из этих соображений, биогаз, образующийся при первичном разложении сточных вод, следует собирать и использовать.
Вторая серия прудов имеет смешанный характер: у дна продолжаются анаэробные процессы, .а верхние слои воды, взаимодействующие с воздухом, подвергаются аэрации.
Последняя серия прудов — аэрационные — превышает по площади две предыдущие. Вода имеет зеленоватый цвет, поскольку в ней множество одноклеточных водорослей.
Пруды обычно располагают по рельефу таким образом, чтобы вода перетекала из одной серии прудов в другую самотеком. Пруды устраивают глубиной около 1 м: при большей глубине снижается биологическая эффективность активного ила в прудах-отстойниках, а в аэробных прудах снижается аэрационный эффект от контакта с воздухом.
В поселке с населением 1 тыс. человек, потребуется всего лишь 270 м2 прудов-отстойников или один удлиненный пруд-канал шириной 3 м и длиной 90 м. Для того чтобы сэкономить площадь, пруды можно углубить, но при этом понадобится искусственное перемешивание ила. Пруды-отстойники представляют собой био-рёактор, разлагающий отходы и вырабатывающий горючий газ.
Биореактор очистных сооружений на поселок с населением 1 тыс. человек может быть выполнен в виде резервуара глубиной 3 м, шириной 3 м и длиной 30 м. Такой узкий резервуар с постоянным уровнем жидкости становится эффективным анаэробным реактором. Для перемешивания ила применяют продувку подогретым биогазом, который скапливается под тентом резервуара. Собранный газ может быть использован для горелки с открытым пламенем или в очищенном виде служить топливом для двигателя.
Активность донного ила проявляется только при крнтакте с полужидкими останками. Перемешивание (продувание) донных осадков способствует более активному и быстрому разложению стоков, повышает выработку биогаза. Для перемешивания подогретый (зимой) биогаз прокачивается через проложенные по дну резервуара трубы и из них вырывается на поверхность в виде пузырьков, перемешивающих ил и разрушающих поверхностную корку (рис. 1).
Через 20 дней (при температуре около 25 °С) весь объем сточных вод в биореакторе будет переработан и значительная часть массы превратится в метан. При образовании 1 м3 газа выпадает около 3 кг твердых осадков, которые периодически удаляют со дна.
В реакторе погибают 90% болезнетворных организмов и их яиц, патогенные бактерии. За счет анаэробных процессов связываются и оседают от 50 до 90% металлов и твердых частиц. Со временем в сбалансированном реакторе устанавливается равновесие и выход газа уравновешивает поступление новых стоков. Ил из загрязнителя превращается в источник энергии, воздух вокруг становится чище. В анаэробных реакторах почти нет водорослей, но есть особые виды бактерий, которые преобразуют серные соединения и способствуют связыванию и осаждению металлов.
Горючий газ с 95%-ным содержанием метана получают с помощью водяных ванн, в которых биогаз очищают от углекислого газа (диоксида углерода).
От примесей сероводорода биогаз очищают «мокрым» и щелочным методом, жидкостной абсорбцией, сухой обработкой в скруббере и напорной сепарацией. После этого газ можно использовать в качестве топлива для двигателей, и при этом не возникает коррозии оборудования. Сжиженный под высоким давлением газ направляют в газгольдер.
Простейшие газгольдеры совмещены с метантенком. Колпак для накопления газа можно выполнить из пленки, закрепленной в степках бродильной камеры газонепроницаемыми замками.
Оптимальная температура для выработки биогаза 30…60 °С, поэтому стенки и днище биореактора (если они контактируют с воздухом) утепляют, а жидкость в реакторе в некоторых случаях подогревают (например, за счет теплообменников, использующих солнечную энергию или тепло сбросовых вод).
Верхний слой воды из реактора перетекает в открытые пруды или канал, в котором происходят смешанные процессы анаэробного и аэробного характера.
Открытые пруды предназначены для дальнейшей биологической очистки сточной воды, при этом меняется биохимия процессов и формы жизни. Процветают водоросли (хламидомонады, хлорелла и др.), образуя вместе с бактериями фитопланктон. Бактерии получают кислород от одноклеточных водорослей. Водоросли и бактерии служат пищей для зоопланктона. Зоопланктон поглощает остатки растворимых соединений металлов, а сам может быть использован как ценная кормовая добавка животным и рыбам или как минеральная подкормка для растений. Плотность рачков-дафний может достигать 100 г/л, их размножение ограничивается количеством водорослей, которые служат для них пищей. Если открытый пруд вытянуть в виде канала (рис. 2) и направлять движение массы зоо- и биопланктона в одну сторону, то можно получить дополнительный ценный урожай в виде водорослей.
После обработки в открытом канале вода поступает в искусственный пруд и может быть использована для полива и разведения рыбы. Прежде чем выпустить воду в естественный ручей, целесообразно устроить систему порогов и водного слалома, которые позволят повысить содержание кислорода.
Сезонные колебания температуры значительно влияют на процессы очистки. Зимой в холодную погоду жизнь растений и микроорганизмов замирает, но подогреваемые реакторы продолжают вырабатывать биогаз. Зимой больше ила оседает на дно, но при повышении температуры до 18…22 °С этот ил начинает активно преобразовываться в метан. Летом на открытых прудах кислород поступает от водорослей, а зимой (пока нет льда) — за счет ветра.
Описанная система прудов для очистки сточных вод работает весьма эффективно, но существуют еще более сильные биологические средства очистки, вырабатываемые высшими растениями.
Некоторые виды камыша, тростника, осоки, плавающих растений вырабатывают ферменты, во много раз ускоряющие процессы распада загрязнителей, очищают воду от тяжелых металлов, патогенных бактерий. Некоторые водные растения способствуют даже расщеплению стойких синтетических соединений гербицидов и пестицидов. Для более чистых стоков или при условии разбавления сточных вод возможны системы очистки, построенные исключительно на использовании высших растений. В Голландии разработаны и. действуют системы очистки сточных вод в виде извилистых каналов, поросших различными видами камыша и осоки. Камыш и осока периодически скашиваются и таким образом составляют еще один урожай, получаемый на сточной воде.
Излишек воды с полей орошения можно направить в дренажную систему.
Подземное орошение стимулирует рост плодовых деревьев, особенно на глинистых почвах. Устройства орошения сооружают из дренажных или бетонных труб, распиленных вдоль.
Дренажные трубы диаметром 100 мм укладывают на щебеночную подсыпку на глубину 80 см, но не менее 1 м над наиболее высоким уровнем грунтовых вод. На одного жителя необходимо предусмотреть от 10 до 20 м дренажных труб в зависимости от впитывающих особенностей грунта. Каждую ветвь дренажа W конце оборудуют вытяжкой. Следует предусмотреть защитные меры от загрязнения питьевой воды. Системы подземного орошения располагают с уклоном от септиктенка, лучше использовать при этом естественный перепад рельефа.
Сложную д‘ренажную систему можно заменить одной-двумя траншеями. Дно траншеи покрывают ровным слоем из колотых или некондиционных кирпичей. Поверх укладывают половинки разрезанных вдоль асбестоцементных или бетонных труб (выпуклостью вверх). Траншею засыпают гравием и щебнем, затем грунтом. В трубе и вокруг нее (в гравии) происходят аэробные процессы, поэтому важно обеспечить вентиляцию траншеи и наличие воздушных полостей в окружающем трубу гравии. Для этого, прежде чем засыпать слой грунта на гравий, на него укладывают пленку. Деревья можно сажать на расстоянии 1…2 м от траншеи, при этом предпочтительнее фруктовые породы (рис. 3).
Ландшафтно-планировочная организация очистных сооружений может выглядеть вполне органично и даже привлекательно.
Об этом свидетельствует двадцатилетний опыт эксплуатации системы прудов биологической очистки воды близ пос. Ярна (Швеция).
Система из пяти прудов естественной формы расположена ниже по рельефу, чем поселок. Канализационные воды поступают самотеком от жилых домов и других зданий с площади около 3 га. Сточная вода попадает через трубу на дно первого пруда. Благодаря слою активного ила у дна в нижнем слое пруда происходят
Освобожденный от взвесей верхний слой воды переливается через каскад декоративных форм, установленный на искусственной горке. В результате движения и переливания ускоряются аэробные процессы очистки, повышается содержание кислорода, вода становится пригодной для жизни зоопланктона. Берега и декоративная горка с каскадом покрыты яркими и душистыми болотными растениями, стимулирующими процессы очистки, нейтрализующими неприятный запах и украшающими водоем, который кажется таким чистым, что привлекает туристов и отдыхающих.
Излишки воды переливаются во второй пруд, для чего используется естественный перепад рельефа, а для циркуляции по каскадам устанавливаются две небольшие электрические помпы (рис. 4). Водозабор из первого пруда осуществляется только из поверхностного слоя воды через гибкую трубу на поплавке.
Перед тем как попасть во второй пруд, струя воды (самотеком) направляется на водяную вертушку, разбрызгивающую воду (рис. 5), что является одновременно декоративной деталью v аэрационным устройством. Микроорганизмы и водоросли продолжают свою работу во втором и третьем прудах, которые на вид ничем не отличаются от полноценных естественных водоемов и также окружены деревьями и кустарниками.
При переливе из второго в третий пруд вода устремляется по витиеватому бетонному слалому (рис. 6). Водовороты и перекаты ускоряют процессы аэрации, очищают воду от взвешенных частиц.
В четвертом и пятом прудах живут рыбы и плавают утки. Для них водоем привлекателен обилием корма и заросшими камышом берегами. Излишек чистой воды в виде извилистого ручья попадает на мелководье залива, поросшего тростником и осокой. Тростник и осока периодически скашиваются и используются для сельского хозяйства.
Весь комплекс имеет вид декоративного парка; санитарные службы, проверяющие воду раз в два месяца, не запрещают людям находиться около воды. В прудах установился устойчивый биоценоз, и они почти не нуждаются в уходе. Ил из первого пруда не выкачивают уже более 15 лет. Вода проходит весь цикл очистки примерно за пять лет. Крупные включения и неразмокшую бумагу вылавливают на входе в первый пруд и компостируют. Вода из третьего пруда может быть использована для полива и подкормки растений, но в ней еще присутствуют излишки нитратов (рис. 7).
Загрязненная вода и вода, содержащая фекальные массы, должна быть подвергнута очистке, прежде чем будет сброшена в ручей, реку или в канаву.
Во многих населенных пунктах нет уличных канав (прокладка их экономически нецелесообразна), поэтому очистка образующихся на участке сточных вод необходима. Однако часто функции такого рода сооружений не всегда удовлетворительны, поэтому должны рассматриваться лишь как временная мера.
Действие очистного сооружения основано на том, что находящиеся в грязной воде во взвешенном состоянии вещества в очень медленно текущей или стоячей воде выпадают в осадок. Чтобы сооружение могло служить этой цели, оно должно иметь достаточно большие размеры. Наименьшая его вместимость 0,2 м3 на человека при глубине воды 1 — 2 м.
Для возведения очистного сооружения при доме требуется официальное разрешение.
Малое очистное сооружение делают из сборных железобетонных конструкций. Яму перекрывают так, чтобы вся ее рабочая площадь была доступна
Двухкамерный септик-тенк (рис. 52, где: 1 — подводящая труба; 2 — плавающий слой; 3—сап-ропель; 4 — разделительные перегородки; 5— щелевые отверстия; 6 — выводная труба) действует следующим образом. Через впускное отверстие сточная вода попадает в большую камеру, которая занимает 2/з общего объема. Через щелевую перегородку вода проникает в соседнюю камеру. Щели устроены так, что большая часть как плавающих, так и уже осевших веществ остается в первой камере.
Во второй камере происходит дальнейшая очистка. Перед сливным отверстием установлена еще одна перегородка, так что на выход попадает вода, подвергнувшаяся дополнительной очистке.
Входная и выходная трубы должны иметь ширину не менее 150 мм. Входая труба должна быть расположена несколько выше, чем выходная.
Более старые очистные сооружения при домах имеют в большинстве случаев прямоугольную форму площади основания (рис. 8). Действуют они таким же образом, как и упомянутое выше сооружение. Чтобы не перегружать очистное сооружение, через него следует пропускать только такие сточные воды, которые требуют очистки. Воды от осадков отводят отдельно либо в поглощающий колодец, либо в основной отвод после очистного сооружения.
Цифрами на рис. 8 обозначены: 1 — подводящая труба; 2—разделительные перегородки; 3 — выводная труба.
После очистки воду отводят в водоприемник (ручей, реку). При соответствующих условиях в них достигается так называемое биологическое самоочищение (разложение органических остатков, например в результате деятельности живущих в воде бактерий).
Если отсутствует большой водоем, сточные воды должны пропускаться через фильтрующий слой. После просачивания через этот слой они через дренажную трубу отводятся в ров.
Отстой, собирающийся в очистном сооружении, нужно удалять, если его набирается почти половина камеры, и, во всяком случае, не реже чем раз в год. Полностью опустошать его, однако, не следует; определенное количество старого отстоя нужно оставить для образования новой порции отстоя.
Удаленный черпаком отстой может служить хорошим удобрением для сада Но его сначала следует смешать с землей, листвой, измельченным торфом и компостировать. Лишь после долгого лежания наступает полное разложение этой смеси, чем гарантируется ее хорошее действие.
Чтобы очистное сооружение отвечало своему назначению, его перегородки должны быть свободными от налипающего на них отстоя, а сквозные отверстия в них надо время от времени прочищать.
Сухой туалет устраивают, если нет никакого водотока, и отведение сточных вод от очистного сооружения через фильтрующий слой тоже не может быть осуществлено.
Образующиеся загрязненные воды должны впитываться на участке, а для этого необходима достаточно большая площадь, т.е. в четыре раза большая, чем площадь жилья. Зеркало грунтовых вод должно находиться на глубине не менее 1 м, только при этом условии загрязненная вода хорошо разойдется.
Туалет может быть расположен отдельно или размещен внутри дома Если он находится снаружи, то должен быть оборудован металлическим приемником, который легко можно вынуть. Для этого очень удобно использовать приспособление, скользящее на роликах. Следует уделить внимание хорошей вентиляции.
Внутренний туалет связан с устройством выгребной ямы. Она должна быть расположена вне фундамента дома (рис. 9, где: 1—вентиляция; 2 — выгребная яма). При определении размеров выгребной ямы можно исходить из расчета 0,3 м3 на человека, если чистка будет производиться раз в полгода. Выгребную яму сооружают из сборных деталей или выкладывают из кирпича и изнутри плотно обмуровывают. Расстояние ее от колодца должно быть не менее 10 м, чтобы избежать загрязнения питьевой воды.
Труба из туалета в яму должна иметь крутой уклон и поперечное сечение не менее 200 мм.
Водоснабжение и канализация - Очистка сточных вод
Остались вопросы по теме - "Очистка сточных вод", задайте их на