Разработка и исследование эффективности экотехнологии очистки и обеззараживания сточных вод на канализационных очистных сооружениях п. Белый Яр
Федеральное
агентство по образованию
ТОМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)
Биологический
институт
Кафедра
сельскохозяйственной биотехнологии
ДИПЛОМНАЯ
РАБОТА:
РАЗРАБОТКА И
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ П. БЕЛЫЙ ЯР
Томск 2009
ВВЕДЕНИЕ
Проблема защиты водоемов от загрязнений и
сохранения водных ресурсов планеты стала одной из самых важных проблем для
любой страны мира. Вопросы охраны природных водных объектов, технологии
водоподготовки и очистки сточных вод имеют особое значение, поскольку вода
является одним из важнейших компонентов системы жизнеобеспечения. Примерно 80 %
воды для водоснабжения городов и промышленных предприятий забирается из поверхностных
водоемов, состояние большинства из которых таково, что существующие очистные
сооружения водопровода и приемлемые технологические процессы уже не в состоянии
обеспечить требуемое качество воды. Традиционные интенсивные системы требуют
высоких затрат энергии и высококвалифицированного труда (Shrader Frechette, K.
1994).
Неудовлетворительное состояние водоисточников
связано со сбросом в них недостаточно или совершенно неочищенных городских и
промышленных сточных вод и поверхностного стока с площади водосбора. В
настоящее время около 30% всего объема сточных вод не подвергается очистке
перед сбросом в водоем. Питательные элементы, главным образом соединения азота
и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и сельскохозяйственными сточными
водами. Особенно часто такая ситуация имеет место в небольших населенных
пунктах, где стоимость строительства традиционных очистных сооружений
оказывается неподъемной для местных бюджетов. В то же время штрафы и платежи за
сброс таких вод составляют значительные суммы (Cairns, J., Jr. 1996).
Давно известны способы естественной очистки.
Достоинство их- в относительной дешевизне строительства и эксплуатации, а также
в большинстве случаев- в высоком качестве очищенной воды; недостаток- более
низкая, чем в искусственных сооружениях, интенсивность окислительных процессов.
Биологические очистные сооружения в климатических условиях Томской области в
зимний период не выполняют своей задачи, что связано с низкой температурой
поступающих на очистку сточных вод.
Таким образом, разработка нового типа очистных
сооружений, надежно функционирующих зимой, стоимость строительства которых и
эксплуатационные затраты в 10-20 раз ниже обычных является актуальной
проблемой. Новым перспективным направлением является использование водной растительности.
Этот метод является достаточно дешевым, не сложным и эффективным (Robert L.
Knight, 2004).
За рубежом известна высокая эффективность
очистки сточных вод водной растительностью, однако отечественный опыт в этой
области практически отсутствует. Поэтому основной целью предлагаемой работы
является: изучение существующего зарубежного опыта использование водной
растительности в холодном климате и разработка конкретных мероприятий для
модернизации очистных сооружений небольшого населенного пункта Томской области.
В задачи работы входило:
Изучить литературные данные по использованию
технологии «constructed wetland» в холодном климате.
Изучить состояние очистных сооружений п. Белый
Яр.
Разработать технические мероприятия по
достижению нормативов допустимого сброса загрязняющих веществ в р. Кеть со
сточными водами поселка с использованием технологий «constructed wetlands»,
обеспечивающие максимальную интегрированность сооружений в существующий
ландшафт.
Провести мониторинг эффективности очистки
стоков.
1. Обзор
литературы
1.1 Характеристика сточных вод
Сточные воды подразделяют: хозяйственно-бытовые,
ливневые (атмосферные) и промышленные. Хозяйственно-бытовые сточные воды
образуются при мытье посуды, уборке помещений, приготовлении пищи, стирке белья
и так далее. В них содержатся органические и неорганические примеси, патогенные
организмы. Атмосферные, или ливневые, воды в основном загрязнены пылью, песком,
а в больших городах мазутом, бензином и другими нефтепродуктами. Трудно
переоценить значение проблемы, с которой к концу нашего столетия столкнулось
человечество - наличием чистой пресной воды (Robert Bastian,1999).
Азот
Многие органические соединения содержат в своем
составе азот. К азотсодержащим соединениям относятся такие жизненно важные
вещества, как белки и нуклеиновые кислоты. Многие микроорганизмы способны
расщеплять макромолекулы белков и нуклеотидов, хотя большинство из них
предпочитает в качестве источника питания углеводы.
Азот входит в состав структурных белков,
пуриновых и пиримидиновых оснований и других важнейших элементов клеток, а его
отношение к углероду приближается к 0,1.
Общее содержание азота в фитомассе различных
макрофитов определялось очень многими исследователями и составляет по отношению
к сухому весу 1-3%; в листьях концентрация выше, чем в подземных органах.
Вероятно, вне конкретных условий определений и задач работ приведение точных
данных содержания азота, как и других элементов минерального питания,
бессмысленно (Jan Vymazal, 2005).
В водных объектах азот содержится в основном в
форме нитрат - иона; окисление восстановленной формы азота в виде аммоний -
иона протекает достаточно быстро с участием водной микрофлоры. Хотя
молекулярный азот, согласно равновесию с атмосферой, содержится в воде также в
значительной концентрации, он достаточно химически инертен и не поглощается
непосредственно растениями. Тем не менее, благодаря деятельности
азотфиксаторов, к числу которых в водоеме относят цианобактерии, азот реже, чем
фосфор, выступает в качестве лимитирующего развитие растений фактора (Robert L.
Knight 2004).
Скорость оборота азота в мелководных объектах
колеблется в зависимости от гидрологических и морфологических особенностей,
гидрохимического состава, рН, температуры и других факторов. Величина
составляет от долей % до нескольких % от наличного содержания азота за час в
автрофных объектах при общей концентрации азота 2 мг/л (Costanza, R,1996).
Рассмотрение метаболизма азота специально в
водных макрофитах представляет сложную задачу, поскольку наши знания опираются
на изучение очень широкого круга растительных организмов. Процессы метаболизма,
по-видимому, не столь различны между растениями с разным способом обитания,
сколь по видовым и другим особенностям. Все растения в основном получают азот в
виде двух форм - нитратной или аммонийной, но способны также поглощать азот и в
виде других низкомолекулярных соединений например, мочевины или газообразного
аммиака. Однако в натуре значение подобных источников азота невелико.
Аммонификация (минерализация) является
процессом, где органический N, биологически преобразован в аммиак. Большая доля
(до 100 %) органического азота преобразовается в аммиак.
Растворенные в воде органические вещества служат
питательным субстратом для очень большой группы организмов-гетеротрофов,
преимущественно бактерий и грибов. Гетеротрофная форма жизни основана на
метаболизме живыми существами только готовых органических соединений, ранее
синтезированных другими живыми организмами. Усвоенные ими органические вещества
используются по двум направлениям: для роста и развития (пластический обмен,
ассимиляция) и для получения энергии (энергетический обмен). В последнем
случае, например у аминокислот, отщепляется аминогруппа в форме аммиака, NH3
(дезаминирование), а образовавшаяся органическая кислота после подготовительных
превращений «сгорает» в энергетической «топке». В результате образуется АТФ и
выделяются: NH3, СО2 и H2O. Способностью к дезамированию обладает любая живая
клетка, поэтому группа микророрганизмов - аммонификаторов весьма многочисленна.
Эти микроорганизмы используют для своих нужд не только белки, но и широкий круг
органических веществ, обеспечивая их минерализацию, благодаря чему играют очень
большую роль в поддержании биологического равновесия (Berry. W,1987).
Органические вещества всегда присутствуют в
воде, грунте. Всеядность аммонифицирующих гетеротрофов при обилии питательного
субстрата приводит к их активному размножению в толще воды, что внешне
выражается в ее помутнении. Такие планктонные аммонификаторы требуют для своего
развития гораздо больших концентраций органических веществ, чем прикрепленные
формы. По мере «выедания» органических веществ, численность планктонных форм
снижается, и их функции принимают на себя «сидячие» формы (компоненты
перифитона). С одной стороны, это сопровождается просветлением воды, с другой -
сопряжено с появлением в воде аналитически обнаруживаемых количеств аммонийного
азота ( Ehrlich, P.R, 1994).
Нормы аммонификации зависят от температуры, pH
фактора, отношения C/N, доступных питательных веществ и условий почвы, таких
как текстура и структура. Оптимальная температура аммонификаторов 40-60°C, в то
время как pH находится в диапазоне между 6.5 и 8.5.
В результате расщепления азотсодержащих
органических соединений в большом количестве выделяется аммиак. В природных
условиях, в почве и в воде водоема этот аммиак потребляется растениями в
процессе роста или подвергается воздействию особой группы микроорганизмов,
окисляющих его с образованием азотистой и азотной кислот. Процесс называется
нитрификацией. Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих
бактерий - Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление
азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных,
природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота
сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы (Christos S,
2006).
Нитрификация обычно определяется как
биологическое окисление нитрата аммония с нитритом.
Первая фаза нитрификации-окисление солей аммония
в нитриты-протекает по уравнению: 2Н4++3О2=4Н++2NO2-+2H2O
Типичный возбудитель первой фазы
нитрификации-Nitrosomonas europaea. Эта бактерия имеет форму укороченного
овала, размером 0,6-1,0 х 0,9-2 мкм, спор не образует.
В присутствие органических веществ обычно
наблюдается угнетение роста нитрифицирующих бактерий, но в то же время в
природных условиях, на полях орошения и фильтрации наблюдается интенсивная
нитрификация.
Вторая стадия нитрификация заключается в
окислении образовавшихся в первую фазу солей азотистой кислоты в соли азотной
кислоты. Процесс протекает в соответствии с уравнением: 2NO2-+O2→2NO3-
Возбудитель второй фазы нитрификации Nitrobacter
winogradsryi.
В природных условиях нитрифицирующие бактерии
способны поглощать только тот аммиак, который не использовался другими
организмами. Поэтому на интенсивность нитрификации влияет соотношение углерода
и азота в среде. Пока есть избыток органических веществ, аммиак расходуется
конкурентами нитрификаторов в процессах конструктивного обмена. Гетеротрофные
микроорганизмы к тому же усиленно поглощают необходимый нитрифицирующим
бактериям кислород ( Dougherty. J.M, 2001). (1995) подводит итог, что
нитрификация зависит от влияния температуры, значения pH, щелочности воды,
неорганического источника C, влажности, микробного населения, концентрации
аммония -N и растворенного кислорода. Оптимальная температура для нитрификации
в чистых культурах колеблется от 25 до 35 °C, и в почвах от 30 - 40 °C.
Holling, C. S. (1996) указал, что минимальная температура для роста
Nitrosomonas и Nitrobacter - 5 и 4 °C, соответственно.
В отложениях и почвах, наблюдается
денитрификация и нитрат - аммонификация (Jari Koskiaho, 2002). Поэтому,
большинство органических веществ может быть окислено молекулой нитрата. Кроме
того, сокращение нитрата выполняют ферментативные бактерии, которые не зависят
от присутствия нитрата, необходимого для роста при анаэробных условиях.
Денитрификация широко
распространённый в природе процесс восстановления нитратов до молекулярного азота,
<#"524031.files/image001.gif">
240С
С
С
00С
Рисунок 1.1 - Ежедневные температуры
оранжереи, августа 1998 и января 1999
Дополнительное освещение не
использовалось; кумулятивное ежедневное солнечное излучение составляло
приблизительно 25% от зарегистрированного солнечного излучения в течение года.
Относительная влажность колебалась от 30 до 70 %. Температуры оранжереи и
солнечного света было достаточно, для поддержания роста растения и для того,
чтобы вызвать сезонные циклы покоя и роста.
Были построены тридцать две колонки
из многовинилового хлорида (поливинилхлорид), трубы (высотой 60см и диаметром
20см) заполненной вымытыми горошинами гравия (0,3-1,3см в диаметре).
Аллювиальный гравий был получен из неизвестковой породы вулканического и
метаморфического происхождения. Пористось составляла 0,27; пористый объем 4,3, значения
не изменялись во время проведения эксперимента. Трубы доступа и пробоотборные
трубы были установлены на высоте 5, 15 и глубине 30см (рис. 1.2).
Верхняя часть
окислительно-восстановительной трубы доступа электрода была закрыта резиновым
стопором. Каждая колонка функционировала, как независимый периодический
реактор.
Зрелая осока, камыш и растения
рогоза были собраны в марте и апреле 1997.
Корневища были вымыты от отложений и
посажены в колонки заполненные гравием.
Рисунок 1.2 - Непрерывная поставка
воды
Колонки заполняли раствором
стандартной питательной среды с апреля 1997 по сентябрь 1997. Платину с
окислительно-восстановительными электродами (Faulkner et al., 1989)
устанавливали во всех 32 колонках, и связывали с компьютером через
мультиплексор.
Результаты показали, что температура
оказывает значительное влияние на корневую зону (рис. 1.3). Растений и их
разновидностей было больше там, где преобладала низкая температура. Удаление
органического углерода при температуре 40С происходило медленно и не эффективно
по сравнению с температурой 240С. В колонках рогоза при температуре 40С
удаление органического углерода было не значительным и различия между 40С и
240С не были существенными. В осоке и колонках камыша удаление органического
углерода происходило эффективно при любых температурах, но более быстро
удаление происходило при 40С, чем при240С. Химическая потребность в кислороде
была больше в осоке и колонках камыша, чем в колонках рогоза. Удаление
органического углерода для осоки и камыша происходило эффективно при 40С, на
протяжении всего периода инкубации. Окислительно-восстановительные потенциалы и
концентрации сульфата были высокими после заполнения колонок свежей сточной
водой.
Рис. 1.3 - Химическая потребность в
кислороде в разные дни инкубационного периода
2. Объект и
методы
.1 Очистные сооружения
Аэротенки
Процесс биологической очистки может
быть описан как непосредственный контакт загрязнений с оптимальным количеством
организмов активного ила в присутствии соответствующего количества
растворенного кислорода в течение необходимого периода времени с последующим
эффективным отделением активного ила от очищенной воды.
Основные параметры этого процесса
должны быть взаимоувязаны, а именно: объем аэротенков, количество и
окисляемость загрязнений, время контакта загрязнений с активным илом, Кроме
того, аэротенки подразделяются по способу подачи сточных вод и их потоку на
смесители (рассредоточенная подача и выпуск сточных вод) и вытеснители
("поршневой" характер потока сточных вод), а также по виду аэрации:
аэротенки с механической или(наиболее распространенной) пневматической
аэрацией.
Аэротенки с пневматической аэрацией
состоят из одной или нескольких секций, каждая из которых имеет от 2 до 4
коридоров, отделенных друг от друга продольными направляющими перегородками, не
доходящими до одной из торцевых стен. В торцах аэротенка расположены каналы для
впуска и отведения сточной воды.
Окисление органических загрязнений в
аэротенках происходит за счет жизнедеятельности аэробных микроорганизмов,
образующих хлопьевидные скопления - активный ил. Часть органического вещества,
непрерывно поступающего со сточными водами, окисляется, а другая обеспечивает
прирост бактериальной массы активного ила. Окислительный процесс в аэротенках-
вытеснителях происходит неравномерно: в начале аэротенка - быстрее, а по мере
приближения к концу и уменьшения количества субстрата - медленнее.
Обычно аэротенк - это резервуар
прямоугольного сечения, по которому протекает сточная жидкость, смешанная с
активным илом. Воздух, вводимый с помощью пневматических или механических
устройств, перемешивает обрабатываемую жидкость с активным илом и насыщает ее
кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий.
Активный ил - это биоценоз
организмов минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и
ферментативно окислять в присутствии кислорода органические вещества в сточных
водах. Большая насыщенность сточной воды активным илом и непрерывное поступление
кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органических
веществ, поэтому аэротенки являются одним из наиболее совершенных сооружений
для биохимической очистки.
Факторы, определяющие
удовлетворительную работу аэротенков:
Наиболее важными факторами,
влияющими на развитие и жизнеспособность активного ила, а также качество
биологической очистки, являются температура, наличие питательных веществ,
содержание растворенного кислорода в иловой смеси, значение рН, присутствие
токсинов.
оптимальное соотношение между
концентрацией загрязнений в поступающей воде и рабочей дозой активного ила (при
уменьшении дозы ила возникает эффект повышения нагрузки и снижения качества
очистки, при увеличении - затрудняется эффективность разделения ила и очищенной
воды во вторичных отстойниках);
необходимое время контакта
загрязнений с активным илом;
достаточная аэробность системы.
Рассмотрим данные технологические
параметры в той же последовательности более подробно.
Процессы, происходящие при
биологической очистке сточных вод, в целом можно представить схематически.
Часть органических веществ сточных вод окисляется до СО2 и Н2О, а часть идет на
синтез запасных веществ и образование новых клеток активного ила. В результате
синтеза увеличивается биомасса ила и число организмов. Доза ила по весу служит
ориентировочным показателем того, сколько в иловой смеси потребителей загрязнений.
Для того, чтобы обеспечить удовлетворительное качество очистки, необходимо
привозрастании поступления загрязняющих веществ со сточной водой, увеличивать
концентрацию их потребителей, т.е. дозу ила по весу, тогда удельная нагрузка на
ил останется стабильной. Поэтому нормы дозы ила устанавливаются в зависимости
от нагрузки на ил по ВПК и от технических возможностей разделения очищенной
воды от ила во вторичных отстойниках.
В зимний период, когда мощность
биологического окисления снижается, аэротенкам необходимо работать с более
высокой дозой ила. Так если в летний период доза ила составляла 1,2-1,5
г/дм3,то в зимний ее следует поддерживать в интервале от 1,6 до 2,0 г/дм3.
Если аэротенки работают с
регенераторами, то в регенераторах необходимо поддерживать дозу в 2-3 раза
большую, чем в аэротенках для обеспечения глубокого доокисления
трудноокисляемых соединений.
При нарушении оптимального
соотношения между концентрацией загрязнений в поступающей в аэротенки воде и
рабочей дозой активного ила, а точнее, при повышении удельной нагрузки на ил,
нарушаются его седиментационные свойства и возрастает иловой индекс, наиболее
важный показатель его состояния. Иловой индекс - это объем, занимаемый одним
граммом активного ила за 30 минут отстаивания в литровом цилиндре. При
ухудшении способности ила к седиментации, иловой индекс возрастает, разделение
ила и очищенной воды нарушается и приводит к избыточному выносу взвешенных
веществ из вторичных отстойников.
В зависимости от технических
возможностей своевременной выгрузки осевшего ила из вторичных отстойников, для
каждого конкретного сооружения биологической очистки оптимальными будут свои
определенные значения илового индекса.
Вторичные отстойники
Вторичные отстойники устанавливают
после биофильтров для задержания нерастворенных (взвешенных) веществ
(представляющих собой частицы отмершей биологической пленки) и после аэротенков
для отделения активного ила от очищенных сточных вод. В качестве вторичных
применяют горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники.
Основная масса активного ила,
отстоявшегося во вторичном отстойнике, должна перекачиваться снова в аэротенк.
Однако активного ила осаждается больше, чем нужно для повторного использования,
поэтому его избыточное количество следует отделять и направлять на утилизацию.
Избыточный ил при влажности 99,2% составляет 4 л/сут. на одного жителя и имеет
большую влажность, чем сырой осадок из первичного отстойника, что увеличивает
общий объем осадка. У вторичных отстойников нет устройств для сбора и удаления
жировых и других плавающих веществ, как правило, применяется разная система
откачки осадка. Работу отстойников оценивают по выносу взвешенных веществ,
концентрации возвратного ила и влажности осадка. Эти показатели характеризуют
его основные функции:
отделение очищенной воды от
активного ила;
уплотнение ила.
Управление работой вторичного
отстойника является очень важной задачей эксплуатирующей службы, поскольку
эффективность вторичного отстаивания непосредственно влияет на ход
биохимического окисления в аэротенках и в значительной мере определяет
содержание взвешенных веществ в очищенной воде, т.е. потери биомассы активного
ила и, соответственно, ее прирост.
Если изымать ил из вторичного
отстойника больше оптимального количества, то в аэротенк возвращается
избыточный объем воды, если меньше, то много осевшего ила собирается в
отстойнике и снижается качество очищенной воды. Поэтому задают технологический
режим работы вторичного отстойника так, чтобы уровень нахождения ила
соответствовал предусмотренному проектом. Эффективность работы вторичного
отстойника зависит от соответствия реальной гидравлической нагрузки ее
проектным значениям и равномерности ее распределения, а также от своевременного
непрерывного и равномерного режима удаления осадка. Своевременность удаления осадка
можно контролировать по значениям дозы возвратного ила и его уровню с помощью
контрольных эрлифтов.
На каждом очистном сооружении
следует экспериментально установить оптимальную дозу “возвратного ила”, при
которой максимально возможное количество ила возвращалось бы в систему очистки
при обеспечении минимального выноса взвешенных веществ из вторичных
отстойников.
Кислород участвует не только в
дыхании организмов, он отводит продукты метаболизма и токсины (во вторичном
отстойнике эти продукты аккумулируются в хлопьях при неудовлетворительном
окислении загрязнений в аэротенках). Потребление кислорода во вторичных
отстойниках меньше, чем в аэротенках, так как нагрузка на ил невелика. Однако в
случае промстоков (с большой концентрацией загрязняющих веществ в виде
суспензий и коллоидов, которые адсорбируются илом и плохо окисляются в
аэротенках) при условии залеживания ила во вторичном отстойнике загрязняющие
вещества продолжают окисляться в нем, при этом токсины и продукты анаэробного
распада и метаболизма во вторичных отстойниках отводятся плохо, и ил загнивает.
Следовательно, степень рециркуляции
ила из вторичного отстойника в случае промышленных токсичных сточных вод должна
определяться только скоростью оседания ила во вторичном отстойнике, что
обеспечит минимальный период нахождения ила в бескислородных условиях.
Во вторичных отстойниках даже
небольшое залеживание осадка дает гниение и ухудшение режима аэрации по всей
системе. Гниющий возвратный ил расстраивает систему очистки и в результате ее
эффект существенно снижается.
Поэтому система удаления ила из
вторичных отстойников должна предусматривать работу в условиях ежедневных
пиковых нагрузок, а не среднесуточных и осуществляться круглосуточно, а не
периодически, что иногда допускается в целях экономии электроэнергии.
Контролировать нагрузки по
взвешенным веществам на вторичные отстойники необходимо по дозе активного ила в
поступающей в них воде.
Нарушение процесса отделения
активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках:
Наиболее частая причина ухудшения
качества очистки сточных вод - избыточный вынос активного ила из вторичных
отстойников. Причины этого многообразны, а воздействующие факторы взаимосвязаны
так, что трудно выделить из них основные и второстепенные. Избыточный вынос
взвешенных веществ из вторичных отстойников не только вызывает ухудшение
качества очистки и, как следствие, загрязнение водоема, принимающего эти
сточные воды, но и приводит к нарушению самого процесса очистки и ухудшению
качества утилизируемого осадка (повышение его влажности). В результате
избыточной потери ила уменьшается его необходимый прирост, что приводит к
снижению окислительной мощности аэротенков, понижению уровня метаболизма
активного ила и его устойчивости к неблагоприятному влиянию промышленных
сточных вод.
2.2 Определение БПК в водах
скляночным методом
Находящиеся в воде микроорганизмы в
процессе своей жизнедеятельности используют растворенный в воде кислород для
органического окисления органический соединений, в том числе загрязняющих
веществ.
Количество кислорода,
израсходованное в определенный промежуток времени в процессе биохимического
окисления органических веществ, содержащихся в анализируемой воде, называется
биологическим потреблением кислорода. Этот показатель является некоторой
условной мерой загрязнения вод органическими соединениями, в особенности
достаточно легко подвергающиеся биохимической деградации.
Скорость биодеградации органических
ЗВ зависит от множества факторов. В среднем можно полагать, что при 200С за 5
суток окисляются около 70% соединений, за 10 и 20 суток - соответственно 90 и
99%. Однако для практических целей полное окисление слишком длительно и его как
правило не используют.
БПК5 находят как разность между
содержанием кислорода в анализируемой пробе воды и после инкубации.
Величина БПК5 для водных объектов
рыбохозяйственного назначения нормируется не более 2 мг/л.
Настоящий РД устанавливает
тетраметрическую методику определения БПК5 в пробах поверхностных вод суши и
очищенных СВ при содержание органических веществ, эквивалентном потреблению
молекулярного кислорода в диапозоне 1,0 - 11,0 мг/л. При величине БПК5 более 6
мг/л определение следует проводить при соответствующем разбавлении пробы.
Если проба не содержит визуально
заметного количества взвеси, 1,0 - 1,4 л.(дм3) ее помещают в достаточно большую
колбу, устанавливают рН в пределах 6 - 8 по универсальной индикаторной бумажке
добавлением раствора соляной кислоты или гидроксида натрия 1М/л и доводят
температуру до 200С. затем энергично в течение 10 минут встряхивают колбу для притока
кислорода.
Если проба содержит грубую взвесь,
ее наливают в склянку вместимостью не менее 1 л. и отстаивают 0,5 - 1 час.
После отстаивания собирают сифоном осветлившийся слой воды в колбу для
насыщения кислородом. Если не осветлилось, то фильтруют.
Подготовленную пробу наливают в 3
предварительно ополоснутые анализируемой водой склянки БПК5, заполняя их до
краев. В одной из склянок сразу же фиксируют и определяют кислород.
Две другие склянки закрывают,
помещают пробками вниз в заполненную дистиллированной водой фотографическую
кювету или кристаллизатор и устанавливают в термостат. Склянки выдерживают в
термостате в течение 5 суток в темноте при 200С без доступа кислорода. Потом в
них определяют растворенный кислород.
В склянку с пробой вводят отдельными
пипетками 1 мл. (при вместимости склянки до 150 мл.) или 2 мл. (при вместимости
более 150 мл.) раствора хлорида (сульфата) марганца и 1 или 2 мл. щелочного
раствора иодида калия. Пипетку каждый раз погружают до половины склянки и по
мере выливания раствора поднимают вверх. Затем быстро закрывают склянку
стеклянной пробкой, чтоб в ней не осталось пузырьков воздуха и тщательно
перемешивают 15 - 20 кратным переворачиванием до равномерного распределения
осадка в воде. Склянки с зафиксированными пробками помещают в темное место для
отстаивания.
После того, как отстоявшийся осадок
будет занимать менее половины высоты склянки, к пробе приливают 5 или 10 мл.
раствора соляной кислоты.
Склянку закрывают пробкой, и
содержание тщательно перемешивают. Отбирают 50 мл раствора (пипетку
предварительно ополаскивают этим раствором), переносят его в колбу для
титрования и титруют стандартным раствором тиосульфата натрия до тех пор, пока
он не станет светло желтым. Затем добавляют 1 мл. свежеприготовленного раствора
крахмала и продолжают титровать до исчезновения синего цвета.
Раствор хлорида (сульфата)
марганца:* 4H2O 210 г. или MnSO4 * 5Н2О 260 гр.
Дистиллированная вода 500 мл.
Щелочной раствор иодида калия:15
гр.50 гр.
Вода дистиллированная 100 мл.
Соляная кислота:конц. 340 мл
Вода дистиллированная 170 мл.
Раствор крахмала 0,5%:
,5 гр. крахмала взбалтывают с 15 -
20 мл. дистиллированной воды. Суспензию постепенно приливают к 80 - 85 мл
кипящей дистиллированной воды и кипятят еще 2 - 3 мин. После охлаждения
раствора его консервируют добавлением 2 - 3 капель хлороформа.
Стандартный раствор тиосульфата
натрия с концентрацией 0,02 моль/л эквивалента.
При использование стандарт - титра
его растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе 500 мл, затем отбирают 50
мл полученного раствора, переносят в другую колбу и разбавляют до 500 мл
дистиллированной водой.
Для приготовления стандартного
раствора из навески 2,5гр. Na2S2O3 переносят в мерную колбу вместимостью 500
мл. и доводят объем до метки. В качестве консерванта добавляют 3 мл.
хлороформа. Перед определением точной концентрации раствор выдерживают не менее
5 суток.
Определение точной концентрации
тиосульфата натрия.
В колбу для титрования вносят 80 -
90 мл. дистиллированной воды, 10 мл стандартного дихромата калия, добавляют 1 гр
сухого KI и 10 мл раствора HCl (2:1). Раствор перемешивают, выдерживают 5 мин в
темном месте и титруют пробу раствором тиосульфата натрия до появления
слабожелтой окраски. Затем добавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают
титровать до исчезновения синей окраски.
Повторяют титрование и, если
расхождение между величинами объемов титра не более 0,05 мл за результат
принимают их среднее значение.
Ст = Сд * Vд / Vт, где
Ст - концентрация дихромата калия,
моль/л
Сд - концентрация дихромата калия,
моль/лд - объем дихромата калия, взятый для определения, млт - объем дихромата
калия, пошедший на титрование, мл
2.3 Фотометрическое определение в
водах нитритов с реактивом Грисса
Определяется в пробах поверхностных
вод суши и очищенных сточных вод в диапазоне 0,01 - 0,3 мг/куб. дм. в
перерасчете на азот. Если концентрация нитритного азота больше 0,3 мг/куб. дм.
необходимо разбавление дистиллированной водой.
В основу определения положена
способность первичных ароматических аминов, в частности сульфаниловой кислоты,
давать в присутствии азотистой кислоты диазосоединения, которые вступая в
реакции азосочетания, образуют интенсивно окрашенные азокрасители.
Оптическая плотность азокрасителя,
полученного в реакции азосочетания с 1-нафтиламином определяют при l=520 нм. Линейная зависимость
между оптической плотностью растворов и концентрацией нитритов в перерасчете на
азот сохраняется до 0,3 мг/ куб. дм.
Приготовление раствора реактива
Грисса из готового препарата. В бюксе взвешивают на технических весах 10 г
сухого растертого в ступке до однородной массы реактива Грисса и растворяют его
в 100 куб. см. 12% раствора уксусной кислоты. Раствор фильтруют через бумажный
фильтр. Хранят в склянке из темного стекла с притертой или полиэтиленовой
пробкой в холодильнике не более недели. При комнатной температуре допустимо
хранение не более двух суток.
Отбирают 25 куб. см. отфильтрованной
анализируемой воды, помещают ее в сухую коническую или плоскодонную колбу
вместимостью 50-100 куб. см., добавляют 1,5 куб. см. раствора реактива Грисса и
тщательно перемешивают. Через 40 минут измеряют оптическую плотность на
фотоэлектроколориметре с зеленым светофильтром или спектрофотометре при λ=520 нм
относительно дистиллированной воды в кюветах длиной 1 или 5 см. в зависимости
от содержания нитритов. Окраска полученных растворов устойчива не более 2
часов.
Одновременно с пробами выполняют
холостой опыт, используя 25 куб. см. дистиллированной воды. Оптическую
плотность холостого вычитают из оптической плотности проб.
Если анализируемая проба окрашена
или слегка мутная, то отдельно измеряют относительно дистиллированной воды
оптическую плотность пробы, к которой добавлено 1,5 см. куб. раствора
сульфаниловой кислоты.
Вычислить результаты определения
можно по формуле:
Концентрация нитритов = 0,305 х Х
Где Х - значение, полученное на КФК
Если исходная проба была разбавлена,
то используют формулу:
См = С n
См - массовая концентрация
нитритного азота в анализируемой пробе воды, мг/ куб. дм.
С - массовая концентрация нитритного
азота, найденная по градуировочной зависимости, мг/ куб. дм.- степень
разбавления исходной пробы воды.
Отмеряют цилиндром 50 мл.
отфильтрованной анализируемой воды, помещают ее в колбу вместимостью 100мл.,
приливают 1 мл. раствора сегнетовой соли, перемешивают, затем добавляют 1 мл
реактива Несслера и опять хорошо перемешивают. Через 10 минут измеряют
оптическую плотность проб на фотоэлектроколориметре с синим светофильтром (λ = 440 нм) в кюветах
с длинной поглощающего слоя 2 см. против дистилированной воды. Одновременно с
серией проб анализируемой воды проводят определение в холостой пробе, в
качестве которой берут 50 мл. безаммиачной воды. Оптическая плотность холостой
пробы вычитают из оптической плотности анализируемой пробы.
Если массовая концентрация
аммонийного азота в анализируемой пробе превышает 4мг/дм3, то для определения
берут аликвоту меньшего объема и доводят объем до 50 мл безаммиачной водой.
Реактив Несслера (щелочной раствор
тетраиодмеркурата калия) - если нет готового реактива:
КI 40 г.57,5 г.
Вода дистиллированая 250 мл.6М 250
мл.
Все перемешивают и оставляют на
несколько дней в темноте. Затем переливают в темную склянку.
Сегнетовая соль (раствор тартрата
калия - натрия): 50 г. Kna…добавляют к 50 мл. дистиллированной воды при
нагревании, затем фильтруют, добавляют 50 мл. NaОН и кипятят 30 мин для
удаления следов NH, объем раствора доводят до 100 мл.
С NH4+= 4,67*Х,
где С NH4+ -концентрация ионов
аммония, (мг/л),
Х - значение, полученное на КФК.
Значение характеристик погрешности и
ее составляющих (Р= 0,95).
|
Диапазон
определения концентрации NH4, мг/л (С)
|
Характеристики
составляющих погрешности, мг/л
|
Характеристика
погрешности, мг/л D
|
|
Случайной
s(D)
|
Систематической
Dc
|
|
|
0,3-2,0
|
0,02
|
0,02
|
0,05
|
|
Свыше
2,0-4,0
|
0,04
|
0,08
|
0,11
|
2.5 Колориметрический метод
определения нитратов с салициловокислым натрием
Метод основан на реакции нитратов с
салициловокислым натрием в присутствии серной кислоты с образованием соли,
нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет.
Чувствительность метода 0,1 мг/дм3 нитратного
азота.
Определению мешают цветность воды. Влияние
железа может быть устранено добавлением 8-10 капель раствора калия-натрия
виннокислого перед выпариванием воды в фарфоровой чашке.
мл исследуемой воды помещают в фарфоровую чашку.
Прибавляют 1 мл. раствора салицилово-кислого натрия и выпаривают на водяной
бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл. концентрированной
серной кислоты, тщательно растирают его стеклянной палочкой и оставляют на 10
мин. Затем добавляют 5-10 мл. дистиллированной воды и количественно переносят в
мерную колбу вместимостью 50 мл. Прибавляют 7 мл. 10н. раствора едкого натра,
доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают. В течение 10 мин.
после прибавления едкого натра окраска не изменяется. Сравнение интенсивности
окраски исследуемой пробы производят фотометрическим методом, измеряя
оптическую плотность раствора с фиолетовым светофильтром в кюветах с толщиной
рабочего слоя 1-5 см. Из найденных величин оптической плотности вычитают
оптическую плотность нулевой пробы и по калибровочному графику находят
содержание нитратов.
Для приготовления стандартных растворов в
колориметрические пробирки с отметкой на 10 мл. отбирают 0,0; 0,5; 1.O; 2,0;
3,0; 4,0; 6,0. и 10 мл. рабочего стандартного раствора азотнокислого калия ( 1
. мл. -0,01 мг. N) и доводят дистиллированной водой до отметки. Содержание
нитратного азота в растворах соответственно будет равно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0;
4,0; 6,0; 10,0 мг/дм3. Затем растворы переносят в фарфоровые чашки, прибавляют
ПО 1 мл раствора салициловокислого натрия и выпаривают на водяной бане досуха.
Сухой остаток обрабатывают так же, как описано при анализе пробы исследуемой
воды. Оптическую плотность окрашенных растворов измеряют при помощи
электрофотоколориметра, используя фиолетовый светофильтр и кюветы с толщиной
рабочего слоя 1-5 см. Из полученных величин вычитают оптическую плотность
нулевой пробы и результаты наносят на график.
Содержание нитратов (X) в. мг/л вычисляют по
формуле в пересчете на нитратный азот
Х=С,
где С - содержание нитратов, найденное по
графику, мг/дм3.
Характеристика погрешности (δ):
от
0,1 до 3,0 мг/дм3 - 0,18с мг/дм3;
св.3,0 до 10 мг/дм3 - 0,12с мг/дм3
2.6 Фотометрическое определение в
водах фосфатов и полифосфатов
Соединения фосфора в природных водах
представлены в виде ортофосфатов, полифосфатов и органических фосфорсодержащих
соединений, причем преобладающей формой являются ортофосфаты. Повышение
содержания фосфора свидетельствует о загрязнении водного объекта.
В водах соединения фосфора как минеральные, так
и органические могут присутствовать в растворенном, коллоидном и взвешенном
состоянии. Переход из одной формы в другую осуществляется сравнительно легко.
Концентрация фосфора в воде подвержена сезонным
колебаниям, поскольку она зависит от интенсивности процессов фотосинтеза и
биохимического разложения органических веществ. Минимальные концентрации
фосфора наблюдаются весной и летом, максимальные - осенью и зимой.
ПДК соединений фосфора в природных водах, для
водных объектов рыбохозяйственного назначения - 0,2 мг/л. Для
хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения - 1,1 мг/л.
Отбор проб для определения фосфатов производится
в соответствии с ГОСТ 17.1.5.05. Пробы помещают в стеклянную посуду,
полиэтиленовая посуда допускается только при консервации пробы замораживанием.
Вследствие биохимической неустойчивости,
соединения фосфора следует определять как можно быстрее после отбора пробы.
Если анализ не может быть выполнен в течение 4 часов после отбора, пробу
консервируют, добавляя 2 - 4 мл. хлороформа на 1 л. воды, и хранят при
температуре 3 - 5 градусов Цельсия не более трех дней. Более длительное
хранение возможно при замораживании пробы. Следует иметь ввиду, что использование
консервации не дает гарантии полной сохранности проб.
При определении растворенных форм фосфора
фильтрование проб осуществляют сразу после отбора пробы.
В коническую или плоскодонную колбу вместимостью
100 мл. помещают с помощью мерного цилиндра 50 мл. отфильтрованной
анализируемой воды, добавляют 10 мл смешанного реактива и содержимое колбы
хорошо перемешивают. Через 10 - 15 минут измеряют оптическую плотность раствора
на спектрофотометре (λ = 882 нм)
или фотоэлектроколориметре (λ = 670 - 750 нм)
в кювете толщиной слоя 5 см. относительно дистиллированной воды. Одновременно
выполняют определение фосфатов в холостой пробе, используя для этого 50 мл.
дистиллированной воды. Если оптическая плотность пробы выше таковой для
последней точки градуировочной зависимости, повторяют определение, отобрав
пипеткой меньший объем анализируемой воды и разбавив ее в мерной колбе до 50
мл. дистиллированной воды. В термостойкую коническую или плоскодонную колбу
вместимостью 250 мл. отбирают 100 мл. отфильтрованной анализируемой воды,
содержащей не более 20 мг фосфора (или меньший объем доведенный до 100 мл.
дистиллированной воды), прибавляют 2 мл. 34 % раствора серной кислоты. Колбу
накрывают часовым стеклом и кипятят пробу 30 минут. После охлаждения в пробу
добавляют 1 - 2 капли раствора фенолфталеина и нейтрализуют 10 % раствором
гидрооксида натрия до появления бледно-розовой окраски индикатора. Следует
избегать избытка щелочи. Далее пробу переносят в мерную колбу вместимостью 100
мл, при необходимости доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.
Если в пробе появился осадок, ее фильтруют через фильтр «белая лента»,
предварительно промытый горячей дистиллированной водой, подкисленной соляной
кислотой. Первую порцию фильтрата отбрасывают. Отбирают 50 мл. пробы в
коническую колбу вместимостью 100 мл. и определяют фосфаты. Концентрация
ортофосфатов = 1,47 х Х, Где Х - показания на КФК
3.
Результаты и обсуждения
.1 Технология очистки и
обеззараживания сточных вод методом корневой зоны и структура биоинженерной
системы ОСК п. Белый Яр
Существующий в настоящее время комплекс очистных
сооружений канализации (ОСК) в п. Белый Яр состоит из аэротенков (2 шт. по 400
куб.м) для очистки стоков активным илом, вторичных отстойников, контактных
резервуаров и хлораторной для обеззараживания сточных вод гипохлоритом натрия,
пруда площадью 2,2 га и иловых площадок. Способ обращения с осадком на иловых
площадках в существующей технологии не рассматривается.
Выпуск сточных вод из пруда осуществляется в р.
Кеть ручьем длиной около 500 м.
До 2001 года очистные сооружения
эксплуатировались в проектном режиме. С выходом из строя воздуходувок аэротенки
эксплуатировались в режиме горизонтальных отстойников. По этой же причине не
производилось удаление осадка в течение последних 7 лет, т.к. по технологии
перекачивание осуществляется эрлифтами.
Анализы проб сточных вод показывают, что эффект
очистки на участке аэротенки-вторичные отстойники наблюдался только по
гидравлически крупным примесям (песку), в пруду - по взвешенным веществам (на
80%), БПК (на 20-30%) и аммонию (только в летнее время на 3-5%). Анализ
эффективности очистки в выпускном ручье к сожалению не проводился. Хлорирование
неочищенных стоков обусловливало появление в составе загрязняющих веществ
сточных вод опасных хлорорганических соединений.
В составе загрязняющих веществ в сточных водах
п. Белый Яр присутствует также железо и хлориды в высоких концентрациях,
доведение которых до нормативов известными аэробными биологическими методами не
возможно. Однако в 2007 году при проведении наладочных работ на станции
обезжелезивания практически достигнуты нормативы по железу для водоемов
культурно-бытового использования (0,3 мг\л) и, тем самым, обеспечены условия
для перевода участков ХВП котельных на бессточную технологию (с использованием
антинакипинов).
Технология, реализованная в проекте, устарела,
поэтому выполнение ремонта (замена неисправных воздуходувок, ремонт подающих
трубопроводов) не может обеспечить современных требований к качеству очищенных
сточных вод. Хлорирование недостаточно очищенных стоков значительно повышает их
токсичность. Технология очистки сточных вод энергоемка.
Предлагается использовать энергосберегающую
технологию очистки и безреагентного обеззараживания сточных вод constructed
wetlands, адаптированную к природно-климатическим условиям Томской области.
На базе существующего комплекса аэротенков и
отстойников рекомендуется выполнить систему (1) разделения загрязнений сточных
вод на осадок и осветленные воды (с сохранением возможности восстановить в
аэротенках систему аэрации), (2) стабилизации расхода и (3) его учета.
Для очистки осветленных стоков от растворенных
загрязняющих веществ - использовать широко распространенную за рубежом и с 2001
года активно внедряемую на территории Томской области технологию очистки и
обеззараживания сточных вод, основанную на методе корневой зоны высших водных
растений.
Для подсушивания осадка на иловых площадках
рекомендуется использовать плавающие растения (водный гиацинт) (см. рисунок
3.1), а для его переработки в торфо-органическое удобрение оборудовать участок
компостирования.
Отсутствие затрат на энергию и реагенты,
простота обслуживания, надежность, высокая эффективность и уникальная
эстетичность системы очистки, органично вписывающейся в природный ландшафт
делают указанную технологию привлекательной для потребителей.
Очистка сточных вод методом корневой зоны высших
водных растений заключается в фильтрации осветленных на участке механической
очистки сточных вод через слой пористой загрузки, на которой высажены гелофиты
- полупогруженные в воду растения. Рост и движение корней растений
предотвращают кольматацию загрузки, а корневые экзометаболиты существенно
повышают очищающую способность микробиоценоза биопленки, формирующейся на
поверхности частиц загрузки или грунта. Корневые выделения в совокупности с
вторичными метаболитами микроорганизмов, потребляющих контаминанты сточных вод
вызывают гибель кишечной микрофлоры, присутствующей в хозяйственно-бытовых
стоках. Паразиты (яйца глист, ооциты и пр.) задерживаются на фильтрующей
загрузке и погибают под действием ... Вирусы сорбируются биопленкой и …
Особенности ландшафта в районе размещения КОС и
существующей системы водоотведения в п. Белый Яр позволяют использовать
четырехступенчатую очистку осветленных стоков на биоинженерных сооружениях:
Фитокарта №1 площадью 4250 кв.м
Фитокарта №2 площадью 2000 кв.м
Фитопруд площадью 22 000 кв. м
Фитоканал длиной 500 м
Осадок сточных вод, основная масса которого (до
80%) скапливается в выполняющем функцию горизонтального отстойника левом
аэротенке регулярно перекачивается на иловые площадки погруженным грязевым
электронасосом. Легкая фракция взвешенных веществ, оседающая в правом аэротенке
и вторичных отстойниках также удаляется на иловые карты.
Иловая площадка двухсекционная, общей площадью
600 кв. м. В зимнее время обе площадки работают на прием осадка.
В летнее время одна из секций ИП работает на
прием осадка с участка мехочистки, другая - на подсушивание ила-сырца.
В начале лета на иловые карты высаживается
рассада водного гиацинта, который за счет транспирации позволяет испарить в
7-10 раз больше воды, чем испаряется с открытой водной поверхности.
Одновременно гиацинт выполняет функцию обеззараживания осадка и дезодорации
воздуха.
В середине сентября с секции, на которой осадок
подсушивался, его вместе с растениями перегружают экскаватором на одну из
секций участка компостирования, где в течение 2-3 лет в смеси с торфом
происходит его кондиционирование до состояния торфо-органического удобрения по
ТУ 9849-010-00483470-93. Затем это удобрение используется для подкормки живой
изгороди ОСК, устройства цветочных клумб и т.п.
. Фитокарта №1 (ФК1) из двух параллельных секций
(см. рис.3.2) длиной 125 м и шириной 17 м каждая в технологическом плане
представляет собой комбинацию биоплато (в начале карты на длине 35 м) и
ботанической площадки (90 м). Стоки поступают на фитокарту через рассеиватель,
обеспечивающий равномерное распределение стоков по всей ширине секции
(укладывается с круговой обсыпкой щебнем фракции 40-70). Первая четверть по длине
фитокарты отсыпается щебнем фракции 40-70 в виде гребней высотой 25-30 см. В
борозды между гребнями высаживается рогоз Затем щебнем гравийным фракции 5-25
отсыпается ботаническая площадка поперечными грядами шириной 3-3,5 м с
междугрядьем 40-60 см. Толщина слоя мелкого щебня 20-30 см. В фильтрующую
загрузку высаживается рогоз и тростник. Очищенная вода собирается через дрен,
уложенный на конце карты с круговой обсыпкой щебнем фракции 40-70, и по
трубопроводу направляются в выпускной колодец (ВК). Территория ФК1 находится в
общей ограде с участком механической очистки, двухсекционной иловой площадкой и
участком компостирования осадка. По периметру ФК1, ИП и УК формируется живая
изгородь из свидины сибирской, аронии черноплодной.
. Вторая фитокарта (ФК2) устраивается у пруда и
представляет собой обвалованный глиной и ж\б ломом по берегу пруда участок
площадью около 2000 кв м, на котором выполнены борозды и гребни из
существующего грунта (путем вспашки глубиной до 35 см) и высаживается рогоз. С
целью предотвращения доступа КРС на биоплато ФК2 защищается деревянной
изгородью. Стоки на биоплато поступают через рассеиватель. Выпуск стоков из ФК2
осуществляется точечно, через устройство отбора проб и регулирования уровня
заполнения ФК2 сточными водами. В зимнее время теплоизоляция корневой зоны и ее
аэрация обеспечивается ледовым покрытием с воздушной прослойкой.
. Пруд в настоящее время является единственным
удовлетворительно работающим сооружением очистного комплекса (без учета
выпускного ручья). В настоящее время он работает как биологический пруд.
Известно, что в климатических условиях Томской области традиционные биопруды не
обеспечивают нормативного качества очистки, т.к. восстановительные процессы
преобладают над окислительными. Тем более, что самоочищающая способность
биопруда ОСК п. Белый Яр значительно снижена поступлением в него в последние 10
лет высоких концентраций взвешенных веществ.
Недостатком существующей конструкции пруда
является и отсутствие аэрации в зимнее время.
С целью насыщения сточных вод в пруду кислородом
в морозный период в настоящей работе предлагается осуществлять выпуск стоков из
пруда в ручей через устройство регулирования уровня заполнения пруда. Перед
наступлением устойчивых морозов уровень пруда повышают на 20-25 см, перекрывая
сброс, а после замерзания поверхности воды - возвращают уровень заполнения
пруда на прежний уровень. Таким образом, между льдом и поверхностью пруда
появляется слой воздуха, обеспечивающий естественную аэрацию, а также
улучшающий теплоизоляцию стоков, т.к. теплопроводность воздуха существенно ниже
теплопроводности льда. Для умеренного воздухообмена вод льду устраиваются
несколько прорубей. Для поддержания льда в подвешенном состоянии в пруду
устанавливают несколько опор из бетонного лома.
С целью ремедиации (излечения, восстановления
его самоочищающей способности) пруда в вегетативный сезон предлагается
производить высадку в него плавающих растений. В Томской области имеется опыт
использования с такой целью водного гиацинта (Eichhornia crassipes). В 2003
году таким путем был очищен пруд-отстойник очистных сооружений п. Кисловка
Томского района. В результате вода в отстойнике достигла нормативного качества
для сброса в водные объекты рыбохозяйственного назначения. Урожай эйхорнии (30
т) был передан в свиноводческое хозяйство.
В пруд периодически (раз в 10-15 лет) поступают
воды р. Кети. При этом прибрежный участок площадью около 2000 кв.м. также
оказывается под водой (до 0,5 м). Тем не менее, существенного эффекта
промывания пруда водами Кети нет. Анализ воды в пруду осенью 2007 года после
затопления показал, что пруд заполнен стоками п. Белый Яр. Какого-то значимого
разбавления сточных вод водами Кети не обнаружено.
Уровень воды в пруду выше уровня р. Кеть в
летнюю межень на 3,5 м. Испарение с поверхности пруда составляет не более 8
тыс. куб.м. в год. Объем стоков, поступающих в пруд - 117 тыс.куб.м. в год. При
этом уровень воды в пруду относительно постоянен. Следовательно, более 110
тыс.куб.м. в год поступает в р. Кеть и\или через естественный песчаный фильтр
береговой зоны р. Кети на прилегающем к озеру участке, и\или имеется
поверхностный сток в виде ручья.
С целью повышения самоочищающей способности
ручья предлагается на участках замедленного стекания высадить рассаду
тростника. Для контроля качества воды, поступающей в р. Кеть необходимо
определить и обустроить точку отбора проб, маршрут к ней и выполнить здесь
приямок для отбора воды на анализ в межень. В период половодья расчет
концентраций загрязняющих веществ считать с учетом разбавления стоков водами
Кети (как для рассеивающего выпуска).
3.2 Модернизация гидравлической
системы ОСК
стоки очистка болотный экосистема
Внедрение технологии очистки обеззараживания
сточных вод п. Белый Яр на основе метода корневой зоны требует соответствующего
изменения существующей гидравлической схемы комплекса очистных сооружений и
коммуникаций. Целью изменений является:
А) существенное снижение концентрации взвешенных
веществ и плавающих примесей на выходе из ВО.
Б) выравнивание гидравлической нагрузки на БИС
В) упрощение процедуры удаления легкой фракции
взвешенных веществ на иловые площадки
Г) упрощение очистки аэротенков от крупных
примесей и песка
Д) обеспечение равномерного рассеивания сточных
вод по площади фитокарт
Е) сохранение существующей системы коммуникаций
для аварийного сброса.
Для этого предлагается:
Оборудовать имеющиеся переливные кромки (между
аэротенками и вторичными отстойниками) полупогруженными досками. Плавающие
примеси при этом будут локализованы в пространстве между кромкой и доской.
Убираются сачком в контейнер для ТБО.
Очистку от взвешенных веществ осуществлять по
многоступенчатой схеме: сточные воды из коллектора поступают в левый аэротенк,
где оседают все гидравлически крупные примеси (песок, камешки) и около 80%
взвешенных веществ. Из левого аэротенка верхний слой осветленной воды поступает
в правый аэротенк и левый ВО. В правый ВО стоки поступают из правого аэротенка
и левого ВО.
Перепуск стоков из одной емкости в другую
осуществляется через гофрированный рукав, один из концов которого закреплен на
поплавке, что исключает проскок плавающих примесей. Таким образом откачивание
легкой фракции осадка на иловые площадки в основном требуется проводить из
левого аэротенка. Плавающие примеси в основном задерживаются в левом ВО между
переливной кромкой и полупогруженной доской.
Выпуск стоков из правого ВО в контактные
резервуары осуществлять через сифон. В качестве резерва сохраняется выпускная
труба, заборный конец которой устанавливаемая выше уровня трубы сифона.
. С целью уменьшения объема земляных работ при
подготовке котлована для ФК1 требуется поднять на максимально возможный уровень
точку выпуска стоков из ПК3. Для этого на выпускной трубе ПК3 устанавливается
стояк высотой от лотка. (см. рисунок 3.1)
Р УРУЗ
365
ВК
Рисунок 3.1 - Продольный профиль ФК1
Ширина по низу - 35-37 м
Длина по низу- 125 м
Уровень разделителя секций по верху - 365
Верх стояка УРУЗ - 365
Трубы Д 150
Продольный уклон днища карты - 0,002, т.е. конец
карты ниже начала на 30 см.
Толщина отсыпка гребней и гряд - 25-30 см
. Выпуск сточных вод в рассеиватель ФК1
осуществляется через стояк, врезанный в сбросной коллектор
. С целью предотвращения проскока плавающих
примесей в рассеиватель все стояки в резервуарах выполняются с полупогруженными
муфтами.
3.3 Организация учета расхода
сточных вод на основе сифонного выпуска и калибровочных колодцев
Технологическая схема участка механической
очистки стоков ОСК п. Белый Яр обеспечивает высокую точность измерения расхода
сточных вод за счет усреднения расхода и наличия устройств калибровки.
Расход определяется на основании замера уровня
заполнения стоками вторичного отстойника, из которого осуществляется выпуск
осветленных стоков на биоинженерную систему. В настоящий момент уровень
заполнения измеряется линейкой. В дальнейшем планируется установка
ультразвукового измерителя уровня с выводом данных на диспетчерский пульт.
Отведение осветленных стоков из правого ВО в
КР1-КР3 осуществляется сифоном с заборным концом, закрепленном на поплавке.
Такая конструкция выпуска исключает проскок плавающих примесей и забор осадка,
а также существенно выравнивает скорость поступления стоков с участка
механической очистки на фитокарты.
Выравнивание гидравлической нагрузки (и,
соответственно, нагрузки по субстрату) на участок биологической очистки
значительно повышает активность корневой микрофлоры и биопленки обрастания.
Сифон включается автоматически при заполнении
правого ВО до уровня колена сифона.
Расход стоков через сифон определяется площадью
минимального сечения рукава, длиной и разницей уровней заборного и выпускного
концов. Площадь сечения сифона задается регулировочной струбциной,
расположенной на рукаве, и на этапе наладки опытным путем подбирается так,
чтобы исключить перерыв в сбросе осветленных стоков на биоинженерную систему
при длительном (обычно в ночное время) перерыве в поступлении стоков из
коллектора, и в дальнейшем не меняется.
Выпускной конец сифона представляет собой
стальную трубу, т.е. длина его и положение конца постоянны. Поэтому расход
сифона определяется только положением его заборного конца и является прямо
пропорциональным разнице между максимальным (уровень колена) и фактическим
уровнями заполнения вторичного отстойника. Поскольку заборный конец закреплен
на поплавке, точно отслеживающим уровень стоков, то расход сифона определяется
только степенью заполнения правого ВО. Таким образом измерение расстояния от
уровня максимального заполнения аэротенка до поверхности воды позволяет точно
определить фактический расход стоков.
Для проведения калибровки сифона используются
колодцы ПК1 и ПК2, выпуск стоков из которых осуществляется через стояк.
Внутренний диаметр колодцев - 100 см, соответственно площадь горизонтального
сечения - 2*7850 кв.см. Таким образом, заполнение колодца при перекрывании
выпускного стояка, например, на 10 см выше кромки стояка соответствует
принятому объему 157 литров, на 20 см - 314 литров и т.д.
Калибровка сифонного выпуска осуществляется в
следующей последовательности:
После отработки насосной станции ( в 13 ч):
. Линейкой измеряют расстояние от метки
максимального заполнения ВО до поверхности воды.
. Устанавливают линейку на отметку кромки стояка
в ПК2, чопом на шесте закрывают выпуск через стояк и включают секундомер.
.Через 1 минуту вынимают линейку и чоп, по
смоченной длине линейки определяют увеличение уровня заполнения колодцев,
рассчитывают объем стоков, поступивших в калибровочные колодцы за 1 минуту.
Через 3 часа после подачи стоков в аэротенки
насосной станцией (в 16 ч) описанная выше процедура повторяется.
Такая же процедура выполняется через 7 часов (в
20 ч) - определяются уровень в ВО и соответствующий расход.
Сечение сифона в настоящий момент отрегулировано
так, чтобы обеспечить пропуск через сифон максимум 400 куб м в сутки.
Калибровочные данные сифона представлены в таблице:
|
Уровень
заполнения ВО относительно максимального, см
|
Расход,
л\мин
|
|
0
|
400
|
|
-50
|
300
|
|
-100
|
200
|
На основании данных таблицы строится
калибровочный график.
В дальнейшем процедура калибровки выполняется 1
раз в две недели.
Измерение расхода сточных вод осуществляется по
графику до подачи стоков насосными станциями и после подачи (8 раз в сутки)
путем замера уровня заполнения ВО и определения соответствующего ему значения
расхода по калибровочному графику (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 - Калибровочный график сифонного
выпуска
Пример.
В 23.15 уровень заполнения ВО составил - 5 см.
По калибровочному графику определяем соответствующий расход - 390 л/мин
В 7.45 уровень заполнения ВО составил - 125 см.
По калибровочному графику определяем соответствующий расход - 150 л/мин.
С учетом линейной зависимости расхода от уровня
определяем объем стоков, сброшенных из ВО на биоинженерную систему очистки за
время от 23.15 до 7.45: 510 мин* (150 л\мин+390 л\мин)/2 = 137 700 л (137,7
м3).
Установка сифона в качестве устройства выпуска
сточных вод их вторичного отстойника позволяет не только выравнивать
гидравлическую нагрузку на БИС (см. рисунок 3.1), но и обеспечить контроль за
фактическим дебетом стоков, т.к. расход через сифон прямо пропорционально
связан с уровнем стоков в гидравлически связанных емкостях аэротенков и ВО.
Простое измерение этого уровня легко пересчитывается в расход. Для калибровки
сифона используются емкости двух промежуточных колодцев (ПК1 и ПК2) диаметром
100.
Стоки поступают в течение 4-х часов с расходом
80 куб м в час
Средний часовой расход должен быть 13,3 куб.м
или 220 л/мин.
Площадь блока аэротенки-отстойники составляет
254 м2, за один час сброса КНС (80 куб м) уровень повышается на 31 см. (без
учета работы сифона), а с учетом - на 26 см.
Массовая установка квартирных водосчетчиков
населением и, в связи с этим, устранение течей и других факторов
нерационального использование воды, привела к существенному снижению дебета
стоков на ОСК. Месячный мониторинг показал, что максимальный суточный приход
стоков не превышает 108 куб.м, минимальный составляет 50 куб.м. Средний
суточный расход - около 80 куб.м. Поэтому сечение сифона отрегулировано таким
образом, чтобы обеспечить пропуск через сифон максимум 115 куб.м. в сутки.
Размер участка, выделенного для устройства
фитокарт мал для обеспечения нормативного уровня очистки по всем показателям.
Поэтому третьей ступенью очистки необходимо дополнить водоприемник стоков -
пруд. С целью интенсификации очистки предлагается использовать плавающие
растения.
Имеющийся выпуск сточных вод из пруда в реку
Кеть ручьем имеет смысл обустроить с целью использовать самоочищающую
способность водотоков.
Отходами предлагаемой технологии являются
подсушенный осадок сточных вод и сухая масса растений. Предлагается
использовать их в качестве сырья для производства торфо-органического удобрения
(компоста, например по ТУ 9849-010-00483470-93). Выбросами технологии являются
углекислый газ и воздушные массы с фекальным запахом, выбросы автотранспорта и
техники, используемой при перегрузке осадка с ИП на участок приготовления
компоста.
Углекислый газ, выделяющийся при аэробном
окислении органических веществ микрофлорой в течение всего года, а также выброс
автотранспорта утилизируется высшей водной растительностью за вегетационный
период.
Источниками фекального запаха являются
отстойники, иловая площадка и участок стекания осветленных стоков. Отсутствие
принудительной аэрации значительно снижает выброс воздуха с фекальным запахом
из аэротенков. В зимнее время поверхность указанных объектов изолирована от
окружающего воздуха ледовым и снежным покровом. В летний сезон для дезодорации
указанных объектов используется высшая водная растительность: на биоплато и
ботанической площадке - камыш, рогоз, тростник, на иловой площадки - водный
гиацинт. Эти растения выполняют одновременно и функцию обеззараживания стоков и
иловой массы.
С целью более полной изоляции очистного
комплекса от селитебной зоны по периметру участка стекания предполагается
выполнение «живой изгороди» из ивы росистой (шелюга сибирская), свидины белой
(сибирской) и аронии черноплодной, обладающей фитонцидным действием.
3.4 Мероприятия по снижению сброса
хлоридов
Доочистка сточных вод в фитопруду выполняется с
помощью водного гиацинта (Eichhornia crassipes). Это эффективный испаритель
воды, т.к. коэффициент транспирации гиацинта составляет 11-15, т.е. гиацинт в
11-15 раз больше испаряет влаги, чем испаряется с открытой водной поверхности.
Высокое содержание хлоридов негативно воздействует на водный гиацинт.
Причиной высокого содержания хлоридов в сточных
водах является сброс регенерационного раствора поваренной соли с участков
химводоподготовки (ХВП) котельных. Содержание хлорида натрия в сточных водах
ХВП составляет 80 000 мг\л. Такая концентрация является недопустимой для
биологической очистки. Поэтому необходимо разработать нормативные требования к
качеству сточных вод, принимаемых в систему канализации п. Белый Яр, где по
хлоридам должна быть указана ПДК для природных водоемов (300 мг/л). Такой
документ («Допустимые величины показателей (ДВП) сточных вод, принимаемых в
систему канализации п. Белый Яр») разрабатывается предприятием, обслуживающим
систему водоотведения населенного пункта и утверждается главой поселения.
На основании утвержденных ДВП следует предъявить
требования к теплоснабжающей организации обеспечить нормативные величины
показателей (по хлоридам) сточных вод.
В случае неисполнения указанных требований
возможно использование системы штрафов.
Так как ООО «Кетский водоканал» в 2007 году
успешно выполнил наладку станции обезжелезивания, обеспечивая содержание железа
в воде менее 0,5 мг/л, то в настоящий момент в п. Белый Яр имеется возможность
реализовать бессточную технологию водоподготовки для теплоснабжения. Для этого
используется обработка воды для котлов комплексонами .Замена традиционной
технологии на реагентную обработку комплексонами уменьшает затраты на
химводоподготовку в 12-14 раз. При этом 0,5 тонны комплексона заменяет вагон
поваренной соли. При этом практически исключается кислотная промывка котлов,
удлиняются сроки их службы.
Например, реагент ИОМС (ТУ 2415-124-1660872-96)
в дозе менее 5 г. на кубометр обрабатываемой воды позволяет снизить как
капитальные, так и эксплуатационные затраты, обеспечивает безнакипный режим
работы для воды практически любого качества при температурах до 120°С и
уменьшает коррозию в 2-4 раза. Перевод котельной на бессточную технологию не
только снизит сброс загрязняющих веществ в р. Кеть, но и позволит снизить тариф
на тепловую энергию.
ВЫВОДЫ
В соответствии с техническим заданием на
курсовую работу проведен экологический анализ существующей системы обращения со
сточными водами п. Белый Яр и разработана технологическая схема очистки сточных
вод. Литературные данные показывают, что эта технология хорошо работает при
температуре до +4 С°, однако для наших условий требуется разработать
дополнительные меры:
. Обеспечить теплоизоляцию в морозный период и более
равномерный расход сточных вод.
. С целью обеспечения возможности использования
в технологии водного гиацинта провести мероприятия по снижению концентрации
поваренной соли в сточных водах за счет перевода котельных с. Белый Яр на
бессточную технологию химводоподготовки.
. Существующий комплекс и особенности ландшафта,
позволяют модернизировать ОСК на основе метода корневой зоны высших водных
растений. Для этого емкости аэротенков используются в качестве отстойников, а
биоочистка обеспечивается на двухступенчатых фитокартах, в фитопруду и в
выпускном фитоканале.
. С целью обеспечения безотходности технологии
существующий комплекс дополнен участком компостирования осадка. Осадок,
сброженный в смеси с фитомассой, удаленной с ботанических площадок и пруда представляет
собой ценное органоминеральное удобрение.
. Технология позволяет производить точный учет
сброса сточных вод, как путем визуального контроля уровня заполнения вторичных
отстойников, так и с использованием автоматических уровнемеров с выводом данных
на компьютер диспетчера.
. Предложенная схема модернизации обеспечивает
при необходимости возможность восстановления системы аэрации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ
ИНФОРМАЦИИ
1.
Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды // Издательство “Высшая
школа”. -1978. - 271 с.
.
Земцов В.А., Мезенцев А.В. Болото Западной Сибири: их роль в биосфере.- Томск
СибНИИТ, 1998.- 80 с.
.
Изучение и оценка технологического режима работы ОСК, находящихся в
эксплуатации, п. Белый Яр. Томской области: отчет о НИР / Новосибирский
водоканал; рук. Гл. инженер Багаев . Ю.Г.; исполн.: ведущий инженер Быков. А.И.
-Н., 1992.-14 с.
.
Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема // научное издание Института водных
проблем Российской академии наук. -1992. -256 с.
5.
Anderson. В.С.
2004. Monitoring spatial and temporal variations of phosphorus within a cold
climate subsurface flow constructed wetland. р.
60.
.
Bergen S.D. and J.L. Fridley. 1994. (Re)Defining Forest Engineering. Presented
at the 1994 ASAE Annual International Meeting. Paper No. 947516. ASAE, 2950
Niles Rd., St. Joseph, MI 49085-9659 USA.
.
Berry W. 1987. Home Economics. North Point Press, San Francisco. 146 p.
.
Cairns J., Jr. 1996. Determining the Balance Between Technological and
Ecosystem Services.In: Engineering within ecological constraints, P. C. Schulze
(ed.), National Academy Press,Washington, DC. p. 12-30.
.
Craig S Campbell Constructed Wetlands in the Sustainable Landscape //
WILEY.-1987.- р. 265.
.
Christos S. 2006. Effect of temperature, HRT, vegetation and porous media on
removal efficiency of pilot-scale horizontal subsurface flow constructed
wetlands. р. 108.
.
Costanza R. 1994. Three general policies to achieve sustainability. In:
Investing in NaturalCapital: The Ecological Economics Approach to
Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island
Press, Washington, DC. p. 392-407.
.
Costanza R. 1996. Designing Sustainable Ecological Economic Systems. In:
Engineering within ecological constraints, P. C. Schulze (ed.), National
Academy Press, Washington,DC. p. 82-99.
.
Dougherty J.M. 2001. Treatment variability for wetland wastewater treatmentin
cold climates. р.
11.
.
Ehrlich P.R. 1994. Ecological economics and the carrying capacity of Earth. In:
Investing in Natural Capital: The Ecological Economics Approach to
Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island
Press, Washington, DC. p. 38-56.
.
Jacques Brisson. 2006. Artificial aeration to increase pollutant removal
efficiency of constructed wetlands in cold climate. р.
666.
.
Jan Vymazal. 2005. Removal of nutrients in various types of constructed
wetlands. р.65.
.
Jari Koskiaho. 2002. Retaining agricultural nutrients in constructed wetlands
experiences under boreal conditions. р.
102.
.
Ehrlich, P. R. 1994. Ecological economics and the carrying capacity of Earth.
In: Investing in Natural Capital: The Ecological Economics Approach to
Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island
Press, Washington, DC. p. 38-56.
.
Joan Garcia, Ecological Engineerinq 25 // Effect of key design parameters on
the efficiency of horizontal subsurface flow constructed wetlands. -2005. - р.
405-418 .
.
Herman, R. 1996. A Perspective on the Relationship Between Engineering and
Ecology. In:Engineering within ecological constraints, P.C. Schulze (ed.),
National Academy Press, Washington, DC. p. 66-80.
.
Holling, C. S. 1996. Engineering Resilience versus Ecological Resilience. In:
Engineering within ecological constraints, P.C. Schulze (ed.), National Academy
Press, Washington, DC. p. 32-45.
.
Lemons J. and L. Westra. 1995. Introduction. In: Perspectives on Ecological
Integrity,L. Westra and J. Lemons (eds.). Kluwer Academic Publishers,
Dordrecht, The Netherlands. p. 1-11.
.
Sherwood C. 1993. Subsurface Flow Constructed Wetlands For Waste Water
Treament. A. Technology A ssessment. United States Enviromental Agensi
Protection / EPA 832-R-93-008.
.
Pete Munoz. 20 June 2006. Flow patterns of dairy wastewater constructed
wetlands in a cold climate. р.
53.
.
Protection U.S. Army Corps of Engineerinq. 2000. Gulding Principles For
Constructed Treatment Wetlands. 41 р.
.
Robert Bastian . 1999. Free Water Surface Wetlands for Wastewater Treatment. 24
р.
.
Robert H. Kadles. 2008. Tretment wetlands/second edition. 1001 p.
.
Robert L. Knight. 2004. Constructed Treatment Wetlands Treatmends.EPA
843-B-00-003.
.
Shrader Frechette, K. 1994. Ethics of Scientific Research. Rowman and
Littlefield, Lanham, MD. 243p.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Сокращение слов, часто употребляемых
в библиографическом описании документов, на русском языке
|
Слово
|
Сокращение
|
|
аэротенк
биоинженерная система биологическая потребность в кислороде выпускной колодец
вторичный отстойник допустимые величины показателей дренажный колодец иловая
площадка контактный резервуар крупно-рогатый скот очистные сооружения
очистные сооружения канализации промежуточный колодец твердые бытовые отходы
участок компостирования осадка фитокарта химическая водоподготовка
|
АТ
БИС БПК ВК ВО ДВП ДК ИП КР КРС ОС ОСК ПК ТБО УК ФК ХВП
|