Использование хвостохранилища в качестве биологического пруда. Очистка сточных вод

Самым эффективным и надежным способом очистки сточных вод является растительный мир. Это естественная способность растений, потому как для их роста и развития необходимы биогенные элементы, такие как азот, калий, фосфор и иные вещества. Помимо этого, в корневой системе растений скапливаются микроорганизмы, которые окисляют органические вещества.

Что такое загрязнение сточных вод

Под словом «загрязнение» подразумевается изменение как физических, химических, так и биологических компонентов воды в прудах, водоемах и иных местах скопления воды. А происходит данный процесс из-за сброса токсичных веществ в жидкой, твердой и газообразной форме. Это не просто представляет неудобства, в результате наносится вред сельскому хозяйству и агрономии, а угроза для здорового обитания, жизнедеятельности и безопасности человека очевидна.

Сегодня потребность в биологической очистке возросла, ведь 70–75 % сточных водоемов особо требуют проведения мероприятий по улучшению состояния воды. А потому перед сбросом промышленной и бытовой воды необходима ее очистка.

Параметры

Самая приемлемая глубина пруда для очистки сточных вод – от 500 мм до 1 м, все зависит, главным образом, от растений, которые будут обитать в нем, и тем самым очищать водоем. Наиболее распространены пруды прямоугольной формы, они вытянуты по ходу движения воды. Если биопруд с естественной аэрацией, то соотношение длины к ширине должно составлять 1:1,5, если пруд с искусственной аэрацией – 1:3.

Виды

Биологические очистители предоставлены в двух видах:

• Проточный – данный вид очистителя заключается в том, что уже очищенная вода поступает в поверхностные водоемы.
• Непроточный – вода, поступающая из данного очистителя, после очистки испаряется и фильтруется посредством почвы. Если же вода была недочищенная, нечего страшного, она не принесет опасности, так как ей предстоит пройти сквозь корневую систему растений.

Функции

Функции, которые выполняются растениями в проточных биологических прудах:

• Фильтрация.
• Поглощающая функция (удаляются биогенные элементы и определенные органические вещества).
• Накопительная (свойство задерживать металлы и органические элементы, которые с трудом разлагаются).
• Окислительная (во время реакции фотосинтеза вода наполняется кислородом).
• Интоксикационная (токсичные вещества путем преобразования изменяются в нетоксичные).

Перечень культур, которые наиболее подходят для природной фильтрации прудов.

• Камыш обычный.
• Тростник.
• Рогоз широколистный.
• Рогоз узколистный.
• Аир болотный.
• Телорез и другие культуры.

Методы очистки

Биологические методы можно разделить на два вида по типу микроорганизмов, которые принимают непосредственное участие в очистке:

• Аэробные – процесс очистки осуществляется при помощи микроорганизмов, жизнедеятельность которых напрямую зависит от кислорода.
• Анаэробные – с помощью микроорганизмов, которым для жизнедеятельности не нужен кислород. Это специальные реакторы, представляющие собой резервуары, выполненные из металла. Жизнедеятельность анаэробных микроорганизмов напрямую повязана с выделением в воздух частиц метана.

Именно применение растительного мира для проведения глубокой очистки сточных вод от биологических, органических и минеральных загрязнений в прудах, является не только самой эффективной, но и выгодной и несложной системой очистки. Представители наблюдательной комиссии предоставили данные об огромных преимуществах использования биологических прудов, а также отметили высочайшую степень доочистки сточных вод. Энергосбережение повышается в 100, а то и 150 раз, системы надежны и не требуют особых навыков для поддержания эксплуатации и содержания.

И главное, пруды с живой средой обитания в нем, с торфяным субстратом функционируют как летом, так и зимой, а также обеспечивают достаточно глубокую очистку более двадцати лет подряд.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Экология

Тема: __________Биологические методы очистки

Руководитель

_________________

(оценка) (фамилия, инициалы)

(подпись) (дата)

Студент

(группа)

(фамилия, инициалы)

(подпись) (дата)

2009

Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод.

Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура в пределах 20...40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1...3мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.

Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях.

Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.

Поля орошения - это специально подготовленные для очистки сточных вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений. В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных йод, то они называются полями фильтрации.

Биологические пруды - это каскад прудов, состоящий из 3...5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Такие пруды предназначены для биологической очистки сточных вод или доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями.

Очистка в искусственных сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое применение нашли аэротенки.

Аэротенки - это железобетонные резервуары, представляющие собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина аэротенка - 2...5м.

Анаэробный метод очистки протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для обезвреживания твердых осадков, которые образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных герметичных резервуарах, которые называются метантенками В зависимости от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое и др. Для сбраживания осадков сточных вод используется метановое брожение.

Почва и почвообразующие факторы

Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, обладающим плодородием. Почва непрерывно изменяется под влиянием климата, биологических факторов и деятельности человека.

Главное качество почвы - плодородие , которое определяется способностью удовлетворять потребность человека и других живых организмов в питательных веществах, воде и воздухе.

Казахстан располагает большими земельными ресурсами. Природные черноземные земли расположены узкой полосой в северной и северо­западной части республики, где температурные условия и атмосферные осадки позволяют выращивать стабильные урожаи. Восточная и центральные части из-за часто повторяющихся засушливых лет считаются зоной рискованного земледелия. Южная часть республики расположена в полупустынной и пустынной зонах, и земледелие здесь возможно только орошаемое.

В последние годы прекратился прирост пашни, удобные и пригодные земли освоены, остались неудобные солонца, солончаки и пески. Несмотря на это, продолжается отвод сельскохозяйственных угодий на несельскохозяйственные нужды: под строительство дорог, промышленных предприятий, жилья и других объектов. Ежегодно на эти цели изымается 18..20 тыс. га

Виды негативного влияния на почву и меры борьбы с ними

Понижение плодородия почвы и полная потеря его происходят в результате эрозии, засоления, заболачивания, загрязнения и прямою разрушения при производстве строительных, горнодобывающих и других работ.

Эрозия - это процесс разрушения верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы и грунта водой или ветром. 9/10 всех потерь пахотных земель приходится на ее долю.

В Казахстане эрозированные земли составляют около 18...20 тыс. га, и расположены в северных, западных и центральных степных районах.

Эрозия в основном возникает по вине человека. Ей подвержены сухие, бестравные и безлесные земли. Напротив, лесистые местности являются накопителями влаги и противодействуют возникновению эрозии. Каждый гектар леса удерживает более 500 м3 воды.

Различают два вида эрозии; ветровую и водную.

Ветровая эрозия протекает при сильном ветре (порядка 18...20 и более м/с). Местная ветровая эрозия может появляться и при скорости 5...6 м/с. При этом может выдуваться верхний горизонт мощностью до 15...20 см, а иногда и весь пахотный слой.

Водная эрозия возникает при сильных ливнях, интенсивном таянии снега, разрушает почвенный покров, образуются овраги.

Меры борьбы с эрозией почв осуществляются с применением следующих мероприятий:

организационно-хозяйственные мероприятия - дифференцированное использование земель, обработка посевов, внесение удобрений, применение разных типов севооборота, расположение почвозащитных многолетних насаждений, оросительных и осушительных систем, дорог, скотогонов и т.д.;

агротехнические приемы , которые обеспечивают оптимальные условия пищевого, водного, воздушного и теплового режима почвы для роста, развития и формирования урожая возделываемых культур. К таким агротехническим приемам относятся: регулирование глубины вспашки, безотвальная или плоскорезная обработка почвы, распашка на склонах на более 5°, применение лесомелиоративных и гидротехнических мероприятии.

Засоление возникает при повышении содержания в почве легкорастворимых солей (карбоната натрия, хлоридов, сульфатов), обусловленное грунтовыми или поверхностными водами (первичное засоление), но часто вызванное неправильным орошением (вторичное засоление). Почвы считаются засоленными при содержании более 0,1 % по весу токсичных для растений солей. Увеличение соли на орошаемых землях до 1% снижает урожай на 1/3, а до 2...3 % - ведет к гибели посевов. Причина возникновения засоления - орошение полей методом затопления или устройством арыков. При такой практике сначала вода большие фильтрует, соли вымываются вниз, урожайность повышается. Через несколько лет происходит обратный процесс: уровень грунтовых вод поднимается, уменьшается фильтрация, увеличивается испарение, и соли выносятся на поверхность почвы.

Опустынивание . В мире ежегодно теряется 50...60 тыс. км 2 земли в результате опустынивания. Общая площадь пустынь достигла 20 млн. км.

В результате опустынивания уменьшается биологическое разнообразие регионов, меняются погодные условия, сокращаются водные ресурсы, что приводит к нехватке продовольственных ресурсов.

Главной мерой защиты земель от опустынивания является предотвращение выдувания почвы путем лесопосадок и создания искусственных однолетних пастбищ.

Заболачивание имеет место в районах, где количество атмосферных осадков превышает количество испаряющейся с поверхности почвы влаги, и тогда происходит заболачивание земель. На территории Казахстана болот нет, а заболоченные земли занимают незначительные площади. Для сельскохозяйственного использования заболоченных земель необходимо их осушение путем проведения дренажных работ в комплексе с другими агротехническими мероприятиями.

Истощение почвы . Это явление связано с перегрузкой пашни, изъятием питательных веществ из почвы в больших размерах. Почвы теряют органические вещества, ухудшается структура почвы, водный и воздушный режим, появляется уплотнение, ухудшаются биогенный и окислительно-восстановительный режим. Истощаются луга и пастбища в результате чрезмерного выпаса скота.

Важным направлением борьбы с истощением является мелиорация, оросительные мероприятия.

Мелиорация - это совокупность организационных, хозяйственных, технических мероприятий, направленных на улучшения почв и их плодородия.

Мелиорация бывает:

Гидротехническая (орошение, осушение, промывка засоленных почв);

Химическая (известкование, гипсование, внесение других химических мелиорантов);

Агробиологическая (агролесомелиорация и др.);

Улучшение физических и структурных свойств почвы (пескование глинистых и глинование песчаных и торфяных почв).

Допустимые антропогенные нагрузки на окружающую среду

Любая, возникшая за счет какого-либо воздействия нагрузка на экологические системы, способная вывести из нормального состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимая антропогенная нагрузка на окружающую среду - это нагрузка, которая не меняет качества окружающей среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушается существующая экологическая система и не возникают неблагоприятные последствия в важнейших популяциях.. Если нагрузка превышает допустимую, то антропогенное воздействие причиняет ущерб популяциям, экосистемам или биосфере в целом.

Биологические пруды с естественной и искусственной (пневматической или механической) аэрацией. Применяют для очистки и доочистки городских, производственных и поверхностных сточных вод, содержащих органические загрязняющие вещества.

При этом в зависимости от назначения сооружения, подаваемые в него сточные воды должны отвечать требованиям представленным в табл. 13, а допустимые расходы в табл. 14.

Таблица 13

Величина БПК полн сточных вод, подавляемых в биологические пруды

Таблица 14

Допустимые расходы сточных вод, подводимых в биологические пруды

Примечание. Если величина БПК полн подаваемых для очистки в биопруды сточных вод превышает указанные в таблице 13 значения, то следует предусматривать предварительную очистку этих вод.

Биопруды следует устраивать на нефильтрующих или слабофильтрующих грунтах. При неблагоприятных в фильтрационном отношении грунтах следует осуществлять противофильтрационные мероприятия, т.е. гидроизоляцию сооружений. По отношению к жилой застройке их располагают с подветренной стороны господствующего направления ветра в теплое время года. Направление движения воды в них должно быть перпендикулярным этому направлению ветра.

Котлованы биологических прудов устраиваются с использованием, по возможности, естественных понижений рельефа местности. Форму прудов в плане принимают в зависимости от типа аэрации, а именно: при естественной, механической и пневматической аэрациях – прямоугольной; при использовании самодвижущихся аэраторов – круглой. В прямоугольных сооружениях рекомендуются плавные скругления углов для предотвращения образования в них застойных зон.

Радиус этих скруглений должен быть не менее 5 м. Кроме того, в прудах с естественной аэрацией с целью обеспечения гидравлического режима движения воды, близкого к условиям полного вытеснения, отношение длины сооружения к его ширине должно составлять не менее 20, а при меньших значениях этого отношения следует предусматривать конструкции впускных и выпускных устройств, обеспечивающих движение воды по всему живому сечению пруда, т.е. рассредоточенные впуски и выпуски сточных вод (рис.10). При искусственной аэрации соотношение сторон секций может быть любым, но при этом скорость движения воды, поддерживаемая аэраторами, в любой точке пруда должна быть не менее 0,05 м/с.

Примечание. В биологических прудах с искусственной аэрацией сточных вод, отношение длины к ширине в которых составляет 1…3, следует принимать гидравлический режим движения жидкости соответствующей условиям идеального (полного) смешения.

Конструктировно биологические пруды состоят не менее чем из двух параллельных секций с 3…5 последовательными ступенями в каждой (например, рис. 11). При этом следует предусматривать возможность отключения любой секции для чистки или профилактического ремонта без нарушения работы остальных. Секции и ступени биопрудов разделяются ограждающими дамбами и плотинами, выполняемыми из грунтов, способных сохранять форму. Их минимальная ширина по верху должна составлять 2,5 м.

Примечание. У биологических прудов площадью менее 0,5 Га ширина ограждающих дамб и плотин по верху может быть снижена до 1,0…15 м.

При наличии фильтрации через оградительные дамбы и платины следует предусматривать их "одежду" в виде противофильтрационного экрана из глины (толщиной 0,3 м) или полимерных пленок. Крутизну откосов принимают исходя из характеристик грунтов (табл. 15).

Таблица 15

Крутизна откосов разделительных и оградительных дамб и плотин

Впуски сточных вод в биологические пруды, а также переливы жидкости между ступенями очистки, осуществляются с помощью колодцев, снабженных устройствами, позволяющими изменять уровень наполнения ступеней. Отметка лотка перепускной (впускной) трубы должна быть выше дна пруда на 0,3…0,5 м. При этом впуск воды в пруды с искусственной пневматической аэрацией производится через горизонтальный трубопровод, выход которого располагается на бетонной подушке, направляется вверх под углом 90 0 и находится ниже отметки предполагаемого уровня льда, а с механической аэрацией – через трубопровод непосредственно в зону активного перемешивания. Кроме того, в месте выхода перепускной трубы во избежание размыва склона, соответствующие его участники укрепляются камнем или бетонными плитами. Для выпуска стоков из сооружения (ступени) предназначено сборное устройство, размещаемое ниже уровня воды на 0,15…0,20 рабочей глубины пруда (глубины воды).

С целью предоставления волновой эрозии внутренних склонов дамб, а также развития высшей водной растительности, их выкладывают камнем, плитами и покрывают асфальтом по щебеночной подготовке полосой с шириной 1,5 м (на 1 м ниже уровня воды и на 0,5 м выше). Чтобы плиты не сползали, делается уступ, служащий упором для них. Внешний откос дамб следует засеивать медленно растущей травой с низким травостоем, способной предотвращать эрозию, например, пыреем сизым. Превышение строительной высоты дамбы над расчетным уровнем воды в пруде должно быть менее 0,7 м.

Для повышения эффективности очистки сточных вод до БПК полн = 3 мг/л, а также снижения содержания в них биогенных элементов (в первую очередь, азота и фосфора) рекомендуется использовать в прудах высшую водную растительность (камыш, рогоз, тростник и др.). Эта растительность должна быть размещена в последней ступени пруда. Причем, площадь, занимаемая высшей водной растительностью можно определить по нагрузке, составляющей 10000 м 3 /сут на 1 Га при плотности посадки 150…200 растений на 1 м 2 .

Биологические пруды, называемые также лагунами, - это специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные процессы самоочищения воды с участием населяющих их организмов. Пруды могут быть использованы как самостоятельные системы очистки, так и для доочистки сточных вод после удаления основной массы загрязнений. Их широко применяют для очистки бытовых стоков, поступающих чаще всего в неразбавленном виде, и доочистки сточных вод предприятий пищевой и перерабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности, животноводческих ферм, очистки поверхностных (ливневых, талых) вод, дренажных сельскохозяйственных вод в условиях поливного земледелия. Очищенную воду могут использовать в системе оборотного водоснабжения предприятий, что сокращает их общее водопотребление.

Биопруды подразделяют на анаэробные, аэробноанаэробные (факультативно аэробные) и аэробные, а также высоко- и низконагружаемые, проточные и контактные. Аэробные (окислительные) пруды могут быть с естественной и искусственной аэрацией. Также могут использоваться одиночные пруды и каскад прудов.

Анаэробные условия наблюдаются в присутствии избытка органических веществ и недостатка кислорода:

• в прудах при нагрузках по БТЖ порядка 300.. .600 кг/га-сут;
• в придонных слоях воды в прудах глубиной 2,5 м и более даже при насыщении воды кислородом в поверхностных слоях;
• в контактных (непроточных) прудах в первые фазы очистки после заполнения пруда сточной водой;
• при весеннем вскрытии биологических прудов при интенсивном разложении накопившихся за зиму органических соединений.

В каскаде проточных прудов головной пруд, принимающий на себя основную массу загрязнений, также может быть анаэробным.

Протекающие в анаэробных прудах процессы нитратре-дукции, сульфатредукции, метанового брожения, восстановления окисленных форм металлов и других веществ приводят к разложению органических веществ, осаждению сульфидов тяжелых металлов. Эксплуатация подобных прудов обычно предусматривает возможность отделения активного ила от очищенной сточной воды (в отстойниках, эмшерах). Анаэробная очистка в прудах позволяет удалить 80...90 % ХПК при 25 °С (50 % - при 10 °С) при времени пребывании воды в сооружении 40...50 сут, однако содержание загрязнений в воде после анаэробной очистки остается все еще высоким, поэтому требуется ее дальнейшая очистка в каскаде проточных аэробных прудов или, если принят контактный метод, в том же пруду, но в аэробных условиях.

В России анаэробные пруды практически не используют в силу невысоких среднегодовых температур и образования большого количества дурнопахнущих веществ при функционировании таких прудов.

Аэробно-анаэробные пруды имеют глубину 1,5...2 м и аэрируются за счет естественных процессов. В поверхностных слоях воды присутствует растворенный кислород, поступающий из атмосферы или образующийся в результате фотосинтеза. Поступление кислорода за счет атмосферной аэрации ограничено и не превышает нескольких граммов Ог на 1 м 2 в сутки. Днем фотосинтез обогащает воду кислородом, а ночью кислород потребляется в процессе дыхания животными и растениями, при этом в воде может наблюдаться дефицит кислорода. В придонных слоях при полном отсутствии кислорода могут протекать анаэробные процессы, сульфатредукция, метановое брожение. В таких прудах большое значение приобретает осаждение взвешенных веществ и образование ила на дне.

В зависимости от климатических условий, от содержания загрязнений в сточной воде и от требований к качеству очищенной воды нагрузка в аэробно-анаэробных прудах колеблется в пределах 10.. .300 кг ВПК /га? сут.

В аэробных прудах с естественной аэрацией насыщение воды кислородом происходит вследствие атмосферной аэрации и фотосинтеза. Такие пруды имеют небольшую глубину (0,3... 1 м), хорошо освещаются и прогреваются солнечными лучами, что приводит к интенсивному развитию планктонных водорослей и донных высших растений. Очищаемая вода передвигается в них с очень малыми скоростями. Время пребывания воды в этих прудах колеблется от 7 до 60 сут. Если биологические пруды являются самостоятельным очистным сооружением, сточные воды, пройдя отстойники, разбавляются до поступления в пруды 3-5 объемами технической воды. Нагрузка на них: для отстойных сточных вод без разбавления - до 250 м 3 / га сут, для биологически очищенных - до 500 м 3 / га? сут.

Достоинства прудов с естественной аэрацией - простота устройства и обслуживания, минимальные эксплуатационные затраты. Однако скорости изъятия и биологического окисления органических загрязнений в таких прудах невысокие, для очистки требуются большие площади.

Пруды с искусственной аэрацией из-за интенсификации в них биохимических процессов занимают в 10... 15 раз меньшую площадь, имеют значительно меньший объем, а глубину до

4.. .6 м. Требуемая степень очистки воды в них обычно достигается за 1...3 сут. Скорость движения воды в таких прудах превышает 0,1 м/с, окислительная мощность - 5...20 г БПК/м 3 -ч, достигаемая нагрузка - 1000 кг БПК/гасут и выше. Расход сточной воды может достигать 10...25 тыс. м 3 /ч. Пруды крупных промышленных предприятий представляют собой сооружения объемом до 1 млн м 3 , снабженные большим числом аэраторов. Для аэрации воды используют устройства механического (перемешивание), пневматического (нагнетание воздуха) или пневмомеханического типов. Тип аэраторов, их необходимое число и объем зоны, обслуживаемой каждым из аэраторов, выбирают исходя из условий поддержания во взвешенном состоянии активного ила, количества и содержания кислорода, требуемого для окисления загрязнений и поддержания аэробных условий, минимизации объема застойных зон.

Конфигурация прудов часто определяется топографическими особенностями местности. Обычно аэрируемые пруды представляют собой земляные 2-5-секционные бассейны с отношением длины к ширине пруда не менее 20, с рассредоточенной подачей и отводом сточной воды либо иловой смеси и последующим их отстаиванием в течение 2...2,5 ч. При меньших отношениях длины к ширине расположение впускных и выпускных устройств решают таким образом, чтобы обеспечить движение воды по всему живому сечению пруда. В прудах с искусственной аэрацией объем застойных зон не превышает 10%.

По сравнению с прудами с естественной аэрацией в биопрудах с искусственной аэрацией водоросли развиваются менее активно. Это снижает объем вторичной биомассы и загрязнение воды продуктами метаболизма водорослей. Однако строительство и эксплуатация искусственно аэрируемых прудов обходятся дороже, увеличиваются и эксплуатационные затраты.

В российской практике аэрируемые пруды наиболее широко применяют в целлюлозно-бумажной, пищевой и ряде других отраслей промышленности.

Интенсивность процессов и глубину доочистки сточных вод в аэрируемых биологических прудах можно существенно повысить, рециркулируя активный ил, отделенный от очищенной воды во вторичных отстойниках (или других сооружениях для илоотделения). В гаком режиме работают высоконагружа-емые аэробные пруды. Пруды с рециркуляцией ила можно применять как самостоятельные очистные сооружения либо в качестве одной из ступеней очистки. Низконагружаемые пруды обычно используют для доочистки сточных вод после аэротенков с ВПК 25...50 мг/л. В этом случае они работают на иле, выносимом из вторичных отстойников, а также на микрофлоре, развивающейся в самом пруде. Чтобы избежать заиливания днища, скорость воды в таких прудах должна быть выше 0,007 м/с.

В контактных биопрудах с искусственной аэрацией очистку проводят в два этапа - аэрация и осаждение. В период аэрации сточные воды подают в пруд, но не удаляют из него. При прекращении аэрации ил оседает и осветленная вода отводится из пруда. Чередование аэрации и осаждения осуществляют в режиме автоматического управления.

В контактных биопрудах с естественной аэрацией отстоен-ная сточная вода при необходимости разбавляется 3-5 объемами чистой воды и выпускается в мелкие непроточные пруды. Через 20...30 сут вода спускается и вновь заполняется разбавленной сточной водой. Качество очистки в таких непроточных прудах выше, чем в проз очных.

В каскадных прудах, устанавливаемых обычно на местности, имеющей уклон, неразбавленная сточная вода проходит последовательно через 4-6-ступенчатый каскад прудов с аэробным прудом на первой ступени, водорослевыми, рачко-выми, рыбоводными прудами. Разведение рыбы в таких прудах возможно после прохождения 3-4 ступеней. Для разведения рыбы ранней весной в пруд выпускают 500-2000 матьков на 1 га. Прирост рыбы составляет к концу осеннего периода до

500...800 кг на 1га. Отлов рыбы производят поздней осенью. Наличие в воде большой массы питательных веществ способствует интенсивному росту водорослей (ряски). Для борьбы с ними желательно разведение на рыбоводных прудах уток, для которых ряска является хорошим кормом.

Целесообразность применения биологических прудов определяется концентрацией загрязнений и расходом сточных вод, а также конкретными климатическими, почвенными и топографическими условиями, уровнем минерализации воды. Под биопруды необходимо отводить достаточно большие земельные площади, поэтому часто их создают в поймах, на мелководьях и на участках рек с малыми уклонами. В таких случаях при обильном развитии в них воздушно-водной и погруженной растительности их эксплуатируют фактически как гидроботанические площадки, или биоплато (см. ниже).

Для нормальной работы биопрудов необходимо соблюдать оптимальные значения pH и температуры сточных вод. Температура должна быть не ниже 6 °С. Поскольку режим работы биопрудов зависит от температуры и уровня освещенности, это создает определенные трудности для стабилизации очистки.

При использовании биопрудов как самостоятельных систем очистки загрязнение сточных вод не должно превышать БПК П0Л11 = 200 мг/л для прудов с естественной аэрацией и свыше 500 мг/л - для прудов с искусственной аэрацией. При БПК полн выше 500 мг/л необходима предварительная очистка сточных вод. В пруды для доочистки направляют сточную воду после биологической или физико-химической очистки с БПК полн Биопруды часто используют для удаления избытка азота и фосфора из сточных вод. Однако иногда процессы самоочищения, протекающие в биопрудах, особенно в начальный период их эксплуатации, лимитированы биогенными элементами, недостаточным количеством микроорганизмов, участвующих в удалении загрязнений. В биопрудах со сбалансированным соотношением потока углерода и содержания биогенных элементов концентрация иона ИН/ составляет не более 0,2 мг/л, №Эз~

В ходе эксплуатации биологических прудов необходим тщательный контроль за состоянием грунтовых вод (их водностью, поступлением в грунтовые воды загрязняющих веществ и динамикой их распространения). Если используют искусственный биопруд, то для уменьшения фильтрационного потока воды в толщу грунтов ложе биопруда при его создании выкладывают глиной, другими водонепроницаемыми материалами или создают условия, способствующие в дальнейшем формированию такого водонепроницаемого слоя (например, при развитии анаэробных микробиологических процессов, заиливания и оглеения придонного слоя).

В результате фотосинтеза в прудах образуется первичная продукция, поэтому прирост биомассы в биологических прудах зачастую превышает количество содержащихся в сточных водах органических веществ, достигая 100...200 кг/га сут и более, пруд зарастает водорослями и растениями, возникают проблемы вторичного загрязнения воды остатками и продуктами их метаболизма, разложение которых вызывает дополнительное потребление кислорода и нежелательное увеличение биогенных элементов в водоеме. Более трудноокисляемые соединения опускаются на дно и способствуют заилению водоемов. При чрезмерном развитии водорослей и растений не только ухудшается качество воды, но на поверхности пруда образуются плавучие ковры из отмерших частей, загрязняется берег. Чтобы избежать этих проблем, из пруда необходимо периодически убирать избыточную биомассу: надводную фитомассу ежегодно обычно в конце вегетации, а такие растения, как ряску малую, - не менее одного раза в неделю.

В условиях России биопруды невозможно использовать в холодное время года, осенью они опорожняются или используются в зимнее время как накопители сточных вод. Весной, перед пуском в эксплуатацию, в биопрудах с естественной аэрацией производят вспашку дна и при необходимости посадку растительности. Затем заливают сточной водой, выдерживают до почти полного исчезновения аммонийного азота и переходят на проток с расчетной нагрузкой. Срок созревания прудов для средней полосы России - около 1 мес.

Интенсивный прирост биомассы часто служит препятствием для использования прудов в системе очистных сооружений, а эффективные методы удаления водорослей до сих пор не разработаны. В то же время на основе собранной биомассы водорослей и растений могут бьпъ получены полезные продукты: корма, био-компосты, биогаз, жидкие углеводороды, бумага и др. Так, с 1 га водорослевых прудов можно получить удобрений для 10...50 га полей. В районах с высокой инсоляцией целесообразно специально выращивать водоросли или цианобактерии в биопрудах, например очищающих стоки предприятий по откорму скота и птицы. Около 40 % азота стоков таких предприятий фиксируется водорослями, которые затем скармливаются животным. В биомассе культивируемых зеленых водорослей содержится 50...60 % белка, а в биомассе сине-зеленых - 60.. .70 %.

В Бельгии зеленую водоросль БубгосНсиоп гейси!аШт выращивают совместно с ряской в мелководных прудах, куда направляют стоки животноводческого комплекса и другие загрязненные воды . Для лучшего развития водорослей температуру воды доводят до 20...30 °С. Биомассу перерабатывают в биогаз или получают из нее белковую кормовую добавку для рыб и кур, красители, косметические средства. Богатый минеральными компонентами шлам, остающийся после биогазификации, применяют для интенсификации культивирования одноклеточной зеленой водоросли Бсепебезтш Бр. Таким образом, реализуется биотехнологическая система с частично замкнутым циклом круговорота веществ.

Водяной гиацинт, микроводоросли родов Ьо1гуососсиз, сЫатуботопаз, ёипаИеНа и некоторые другие способны синтезировать и накапливать в своих клетках углеводороды и многоатомные спирты. Зеленая водоросль бипайеПа Ьагбаую накапливает глицерин (до 85 % от СВ). Водоросль ЬоНуососсиэ Ьгаипп -углеводороды состава от до С 34 в количестве до 75 % от сухого вещества . Наполненные углеводородами клетки Ь. Ьгаипп плавают на поверхности прудов. После сбора и высушивания растений и водорослей углеводороды можно извлечь экстракцией органическими растворителями и отгонкой.

С каждым годом отмечается рост водопотребления, что связано с увеличением количества жителей большинства регионов страны, а также продолжающимся ростом промышленности. Это ведет к тому, что загрязнение окружающей среды сточными водами также возрастает, ставя перед экспертами непростую задачу - как с наименьшими потерями для прогресса причинять природе как можно меньший вред. Возникает необходимость разработки эффективных методик очистки сточных вод, к числу наиболее результативных из них относится создание биологических прудов. Познакомимся с ними поближе, узнаем суть этого термина, разновидности и специфику обустройства и применения.

Понятие

Сейчас не являются редкостью. А биологические пруды относятся к их числу, однако от других разновидностей их отличает назначение - в таких прудах создаются максимально приближенные к естественным условия, в которых будет производиться самоочищение сточных вод. Можно также встретить и другие наименования сооружений - лагуны, простые пруды, стабилизационные, пруды доочистки.

Основными «жителями» таких водоемов являются зеленые водоросли, которые активно выделяют кислород в ходе своей жизнедеятельности, а этот химический элемент, в свою очередь, ведет к ускорению распада органики. Кроме того, на процесс разложения оказывают влияние следующие группы факторов:

• Температура.
• Аэрация.
• Скорость воды.
• Жизнедеятельность бактерий.

Таким образом и происходит очистка воды - совершенно естественно и довольно быстро. Всего за 5 суток можно произвести полную очистку водоема. Кроме того, растения будут накапливать внутри себя тяжелые металлы, которые в природе подвергаются разложению в течение длительного времени.

Характеристика

Познакомимся с основными параметрами биопрудов:

• Оптимальная глубина невелика - от 0,5 до 1 метра.
• Форма - прямоугольник.
• Соотношение длины и ширины зависит от способа аэрации: если она искусственная, то пропорция 1:3, если естественная - 1:1,5.

Именно в таких условиях происходит массовое развитие планктонных водорослей и прочих полезных микроорганизмов. Для выполнения биопрудами своих непосредственных функций рядом с ними высаживают такие растения: тростник, аир, камыш, рогоз широколиственный, водный гиацинт и некоторые другие.

Продолжительность полезного использования этих сооружений - более 20 лет.

Разновидности

Биологические пруды для вод могут быть трех основных видов, информация о них для удобства восприятия представлена в формате таблицы.

Кроме того, можно встретить и иную классификацию - деление на проточные и контактные, при этом первые, в свою очередь, могут быть много- и одноступенчатыми.

Также биопруды можно подразделить на три группы в зависимости от биотического круговорота: анаэробные, аэробные и факультативно-аэробные.

• Анаэробные чаще всего используются для частичной очистки воды. Проживающие в них живые организмы нуждаются в большом количестве кислорода. Существенным моментом таких водоемов являются неприятные запахи гниения.
• Аэробные являются самыми мощными по степени очистки, поскольку проживающие в них живые организмы, прежде всего - водоросли, принимают участие в окислении сточных вод.
• Факультативно-аэробные - промежуточный вариант, сочетающий в себе неприятный запах гнили и более эффективную очистку.

При многоступенчатой очистке в прудах последней ступени может разводиться рыба, чаще всего это карп.

Применение

Исследования доказали, что самой простой и при этом эффективной системой очистки воды является использование природных методов, в частности - растительных организмов. Для водорослей улучшение качества воды является естественной функцией, поскольку для нормальной жизнедеятельности им необходимы калий, фосфор и азот, а в корневой системе образуются микроорганизмы, отвечающие за окисление органики. На этих факторах и основана работа искусственных водоемов.

Биопруды используются как для самостоятельной очистки вод, так и в составе целых комплекса подобных сооружений, например, предваряя собой использование земледельческих полей орошения или для доочистки на станциях аэрации. Для очистки сточных вод биологические пруды предпочтительно применять в тех регионах, где температура воздуха составляет не менее +10 °С в среднем в течение года и умеренно влажный климат.

Санитарный надзор

Очистные сооружения, в том числе биопруды, находятся под постоянным санитарным контролем, задача в осуществлении которого выполняется санэпидстанциями. Контролировать состояние таких водоемов обязаны следующие специалисты:

С целью контроля используются различные виды исследований, включая бактериологическое. Также проверяется соблюдение мероприятий по предотвращению сброса сточных вод, не подвергнутых предварительной очистке и обеззараживанию в водоемы.

Польза

Биологическая очистка воды в пруду, помимо своей простоты и результативности, оказывается еще и очень полезна человеку. Прежде всего используются обычные природные процессы, поэтому не ведется речи об искусственном вмешательстве в жизнь природного сообщества. Такие водоемы могут быть использованы как для самостоятельной так и для доочистки. Кроме того, биопруды помогают в следующих случаях:

• Уничтожают до 99 % кишечной палочки.
• Снижается практически до 100 % содержание яиц гельминтов.

Однако важно отметить и существенный минус таких водоемов - при низкой температуре эффективность их использования снижается в разы, а покрытые ледяным покровом, они уже не могут выполнять свои функции: в воду кислород не проникает, поэтому процесс окисления органики прекращается.

Использование биопрудов - водоемов, в которых проживают живые организмы - является самой простой и выгодной системой биологической очистки пруда. Этот метод помогает добиться существенной экономии энергии и ресурсов, а результат при этом будет очень качественным. Кроме того, соблюдения каких-либо специальных условий не требуется, уход за сооружением максимально прост.