курсовая очистка сточных вод. Доклад курсач 4 курс. Доклад Тема лекции Фиторемедиация, как один из перспективных методов очистки сточных вод
 Скачать 0.92 Mb.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сооружение | Механизм удаления загрязнений | Снижение пиковых и общих расходов | |||||
| Фильтрация | Осаждение | Био-поглощение | Почвенная адсорбция | Обеззараживание | | ||
| Фильтрационные склоны | ● | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| Фильтрационные каналы | ● | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| Биоплато | ● | ● | ● | ○ | ● | ● | |
| Биопруды | ● | ● | ○ | ○ | ○ | ● | |
| Фитофильтры | ● | ○ | ● | ● | ● | ● | |
| Примечание: ● - основной процесс; ○ - вторичный процесс | |||||||
СЛАЙД 12
В таблице 8 приведена эффективность очистки от различных загрязнений на этих сооружениях на основании анализа зарубежной литературы.
Таблица 8- Эффективность очистки загрязнений на биоинженерных сооружениях
| Сооружение | Эффективность удаления загрязняющих веществ | |||||
| | ВВ | ТМ | НП | Бактерии | Орг. в-ва | Азот, фосфор |
| Фильтрационные склоны | ◐ | ◐ | ◐ | ○ | ◐ | ○ |
| Фильтрационные каналы | ◐ | ◐ | ◐ | ○ | ◐ | ○ |
| Биоплато | ● | ● | ● | ● | ● | ◐ |
| Биопруды | ● | ● | ◐ | ◐ | ◐ | ◐ |
| Фитофильтры | ● | ● | ● | ● | ● | ◐ |
| Примечание: ● – высокая (70-100%); ◐ – средняя (40-70%); - низкая (10-40%) | ||||||
СЛАЙД 13
Выбор подходящего типа биоинженерного сооружения зависит от многих технологических, территориальных, климатических факторов и их сочетаний.
Площадь водосборной территории и наличие свободного места под строительство очистных сооружений оказывает существенное влияние на выбор схемы канализования и типа применяемых сооружений. Особенно остро проблема свободных площадей стоит на территориях с высокой степенью урбанизации. Большое влияние на выбор сооружения оказывает рельеф территории, грунты в месте строительства сооружений и климатические особенности территории. Одной из проблем биоинженерных сооружений является их зимнее использование. В таблице 9 приведены основные проблемы, которые могут возникнуть при эксплуатации биоинженерных сооружений в зимнее время на территориях умеренного климатического пояса.
Таблица 9 - Особенности эксплуатации биоинженерных сооружений в зимнее время
| Причина | Проблема |
| Низкие температуры | замерзание трубопроводов |
| снижение биологической активности | |
| снижение скорости осаждения частиц | |
| образование ледяного покрова (для емкостных сооружений) | |
| снижение количества кислорода в воде подо льдом | |
| Промерзание грунта | пучение грунтов |
| снижение скорости инфильтрации | |
| замерзание подземных трубопроводов | |
| Короткий теплый сезон | короткий период для развития растений |
| необходимость применения видов растений, устойчивых к низким температурам | |
| Большое количество снега | большие расходы в период снеготаяния |
| высокая загрязненность талого стока | |
| присутствие в стоке противогололедных реагентов |
Известно, что наличие на поверхности сооружения снежного покрова значительно уменьшает промерзание грунта [104 ]. Вследствие этого, такие сооружения рационально использовать для зимнего складирования снега, если это не нанесет вреда растениям или другим элементам сооружения.
СЛАЙД 14
В таблице 10 представлены параметры, определяющие выбор типа биоинженерных сооружений
Таблица 10 - Параметры, определяющие выбор типа биоинженерных сооружений
| Усл-я прим-я Сооружения | Фильтрационные склоны | Фильтрационные каналы | Биоплато | Биопруды | Фитофильтры |
| Обслуживаемая площадь | Менее 2 Га | Менее 2 Га | 10-20 Га | 10-20 Га | Менее 2 Га |
| Площадь (в % от площади водосбора) | - | - | 5-10% | 0,6-3% | 1-4% |
| Высокая степень урбанизации | Возможно | Возможно | Не рекомендуется | Не рекомендуется | Рекомендуется |
| Горный рельеф | Возможно при уклонах до 20% | Возможно при уклонах до 20% | При возможности устройства плоской площадки требуемой площади | Рекомендуется | Возможно |
| Грунты с плохой водопроницаемостью | Возможно | Возможно | Рекомендуется | Рекомендуется | Возможно при устройстве дренажной системы |
| Умеренный климат* | Возможно, с учетом значительного снижения эффективности в холодные периоды | Возможно. Объем канала удобно использовать для зимнего накопления снега | Ограничено, т.к. возможно полное промерзание сооружения. При этом территорию удобно использовать для зимнего накопления снега | Возможно, при грамотном проектировании подводящих и отводящих систем во избежание их затопления | Возможно, при принятии мер по увеличению эффективности очистки в периоды низких температур |
| *Все сооружения требуют применения видов растений, подходящих для климатических условий региона | |||||
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФИТОТЕХНОЛОГИЙ, ИХ ОТЛИЧИЕ ОТ КЛАССИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
4.1. Гидравлическая нагрузка.
В фито-очистных системах (ФОС) вода движется в несколько раз медленнее, чем в классических очистных сооружениях. За время пребывания в несколько суток важными составляющими водного баланса становятся приход воды с осадками (учитывая, что ФОС – открытые системы), испарение и инфильтрация – факторы, которые практически не учитываются при проектировании классических ОС.
Кроме того, есть специфический параметр водного баланса – эвапотранспирация. Таким образом, уравнение водного баланса включает в себя большее число параметров, в отличие от классических очистных сооружений.
Гидравлическая нагрузка зависит от фильтрационных особенностей загрузочного материала в случае систем подповерхностного потока. Инфильтрация рассчитывается в соответствии с законом Дарси.
Особенностью некоторых ФОС является наличие зон с разными фильтрационными характеристиками, что позволяет создать зоны с наличием/отсутствием кислорода, зоны обезвоживания осадка, буферные зоны для стоков с переменной гидравлической нагрузкой.
4.2. Площадные характеристики
Для сравнения с классическими очистными сооружениями приведем следующие расчеты. Очистные сооружения Москвы (Курьяновские и Люберецкие) имеют общую площадь около 4
. При численности Москвы в 12 млн.человек получаем 0,33 
на 1 жителя. Эти расчеты сделаны без учета сооружений обработки осадка, площадей КНС и коллекторной сети. При учете всего вышеперечисленного площадь на 1 жителя возрастет примерно вдвое, т.е. – не менее 0,6
. Удельная площадь ФОС изменяется в зависимости от того, к какой технологической группе относится сооружение. Максимальные площади необходимо для систем с открытой поверхностью: 3-10
на 1 жителя, минимальные площади, необходимые системам ФОС с вертикальным подповерхностным потоком и/или горизонтальным и гибридным системам принудительной аэрацией – до 0,2 . Учитывая, что ФОС располагаются, как правило, вблизи источника загрязнения, площади под коллекторную сеть и КНС минимальны. Технико-экономические расчеты ФОС обязательно должны учитывать этот фактор.
4.3 Структурные особенности разных типов ФОС.
ФОС делятся на четыре основных типа:
СЛАЙД 15
4.3.1 ФОС со свободной водной поверхностью.
ФОС со свободной водной поверхностью представляют собой участки открытой воды с плавающей растительностью, схожие по морфологии с естественными системами (преднамеренно или по условиям проектирования).
В зависимости от местных условий и типа почвы для контроля потока и инфильтрации могут использоваться бермы, дамбы или непроницаемые мембраны. По мере того как сточные воды протекают через ФОС, они очищаются под влиянием процессов седиментации, фильтрации, окисления и восстановления, адсорбции и осаждения.
Компоненты типичной ФОС со свободной водной поверхностью представлены на рис. 2.
Так как ФОС со свободной водной поверхностью обладают чертами естественных водоемов, не удивительно, что они привлекают множество диких животных: насекомых, моллюсков, рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих .
Из-за риска потенциального воздействия на человека патогенных организмов ФОС со свободной водной поверхностью, согласно данным EPA, редко используются для вторичной очистки сточных вод. Наиболее часто такие системы применяются для доочистки стоков после вторичной и третичной обработки. ФОС со свободной водной поверхностью нередко применяются для очистки городских, сельскохозяйственных и индустриальных ливневых стоков с переменной гидравлической нагрузкой.
Они также часто используются для очистки шахтных и ремедиации подземных вод. Как мы уже отмечали, этот тип ФОС достаточно широко распространен в России.
СЛАЙД 16
4.3.2. ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком.
ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком состоят из гравийной или почвенной среды, засаженной специфической растительностью.
Обычно они конструируются для основной очистки сточных вод, после чего стоки поступают на поверхность впитывающей среды (почвы) или в поверхностный водоприемник.
Сточные воды находятся под поверхностью среды и проходят через зону корней и корневищ растений. Так как стоки во время очистки не экспонируются, то риск, связанный с воздействием патогенных микроорганизмов на людей или животных, минимален.
Обычно ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком используются для вторичной очистки стоков в отдельно стоящих домах или небольших группах домов, а также в мелких поселках.
ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком обычно состоят из впускной трубы, глинистой или синтетической мембраны, фильтрующей среды, растительности, берм и выпускной трубы с контролем уровня сточных вод. Устройство стандартной ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком (для условий теплого климата) приведено на рис. 2.
ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком можно эксплуатировать и в холодном климате, благодаря возможности изолировать верхнюю часть системы слоем торфа, мульчи. Основной сложностью в эксплуатации таких систем является риск засорения фильтрующей среды.
Корни и корневища растений повышают водопроницаемость фильтрующего слоя и способствуют разложению органического вещества, откладывающегося на загрузке. Эффективность очистки в таких системах с течением времени значительно возрастает.
В Европе успешно функционируют системы, построенные 40-50 лет назад и не подвергавшиеся реконструкции.
СЛАЙД 17
4.3.3. ФОС с вертикальным подповерхностным потоком.
Существует несколько вариаций ФОС с вертикальным подповерхностным потоком.
В самом распространенном типе, который чаще всего применяется в Европе, используется поверхностное затопление среды (пульсирующая нагрузка) (рис. 2).
Подобные системы являются грубой аналогией схемы дозирования, которая используется в биофильтрах периодического действия. ФОС с вертикальным подповерхностным потоком конструируются как рециркуляционные гравийные фильтры, засаженные растительностью.
Также существуют системы с вертикальным потоком снизу вверх, которые используются для минимизации перемещения кислорода, что способствует формированию восстановительных условий.
Системы с пульсирующим потоком , которые распространены преимущественно в Северной Америке, предназначены для очистки сточных вод с высокой концентрацией загрязняющих веществ (в частности, для окисления аммиака). Эти системы можно совмещать с системами горизонтального подповерхностного потока или со свободной водной поверхностью с целью создать нитри-денитрифицирующие комплексы.
Способность ФОС с вертикальным подповерхностным потоком окислять аммиак привела к тому, что они используются для очистки сточных вод, содержащих больше аммиака, чем городские или поселковые сточные воды.
Фильтраты со свалок и сточные воды пищевой промышленности могут содержать сотни миллиграмм аммиака на литр, и понизить эти значения можно с помощью нитрификации. Поэтому ФОС с вертикальным подповерхностным потоком являются важной частью процесса очистки таких стоков.
Другой вид ФОС с вертикальным подповерхностным потоком рассчитан на противоположный процесс – использование вышележащего слоя воды для блокировки доступа кислорода с целью создать анаэробные условия в нижней части системы. Вода на поверхности создает нисходящий поток в область восстановительных условий, которые благоприятствуют протеканию реакций гидролиза, денитрификации,метаногенеза, сульфатредукции.
С помощью ФОС с вертикальным подповерхностным потоком можно производить очистку сточных вод с очень высокой концентрацией загрязняющих веществ.
Во французской версии технологии в систему добавляется вторичный осадок со станций биологической очистки с активным илом, и в системе происходит его обезвоживание.
Рис. 2. Основные типы ФОС. 1 – ФОС со свободной водной поверхностью; 2 – ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком; 3 – ФОС с вертикальным подповерхностным потоком; 4 – комбинированные ФОС.
СЛАЙД 18
4.4.4. Комбинированные ФОС
Различные конструкции ФОС можно сочетать, чтобы добиться большей эффективности очистки. Большинство гибридных систем представляют собой комбинации систем с горизонтальным и вертикальным потоком (рис. 2).
Наиболее распространённым вариантом является комбинация стадии вертикального потока, за которой следует ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком.
В течение последних 15 лет эти системы вертикально-горизонтального потока были построены во многих европейских странах, например, в Словении, Норвегии, Австрии и Ирландии. Гибридные системы получили широкое распространение в европейских странах из-за более строгих требований последних к удалению азота.
Также существуют альтернативные гибридные ФОС, состоящие из горизонтального потока и вертикальной ФОС. Сначала располагается горизонтальная ФОС, достаточно большая по площади, которая служит для удаления органики и взвешенных веществ, а также для денитрификации. Затем – небольшая ФОС с вертикальным потоком с пульсирующей нагрузкой для дальнейшего удаления органики и взвешенных веществ и для нитрификации. Часть очищенных сточных вод возвращается назад для рециркуляции и повторной денитрификации в горизонтальном потоке. Схожие системы построены в Польше в Sobiechy и в Непале в городе Дхуликхел в сотрудничестве с австрийскими учёными.
Более поздние гибридные ФОС сочетают в себе различные типы систем, включая системы со свободной водной поверхностью. Пример такого подхода можно найти в деревне Кыо в Эстонии. Эта система состоит из двух ФОС с вертикальным потоком, которые сменяются горизонтальным потоком и двумя ФОС с открытой водной поверхностью.
В Италии гибридные ФОС с успехом применяются для очистки концентрированных стоков винных заводов. ФОС в Орнеллайи в Италии состоит из двух систем с вертикальным потоком, за которыми следует горизонтальный поток и ФОС с открытой водной поверхностью. Система в Чекки в Италии состоит из ФОС с горизонтальным потоком, сменяемой ФОС с открытой водной поверхностью и прудом.
СЛАЙД 19
На рисунке 51 представлено предлагаемое устройство для очистки поверхностного стока.
Устройство работает следующим образом. Поверхностные сточные воды, прошедшие предварительную очистку от мусора и грубодисперсных примесей на фильтре или камере отстаивания 1 (опционально), поступают в чашу 3 блока очистки 2, которая наполняется сточной водой. В дальнейшем сточные воды фильтруются через фильтрующую загрузку 4 с высаженной в ней растительностью 5 до полного впитывания [178].
Рисунок 51 - Устройство для очистки и хранения поверхностного стока
1 - камера отстаивания или фильтр (опционально); 2 - блок очистки; 3 - чаша, заполняемая сточной водой; 4 - фильтрующая загрузка; 5 - растительность; 6 - резервуар с насыпным крупнозернистым материалом; 7 - крупнозернистый насыпной материал; 8 - дренажная труба; 9 - непроницаемое основание; 10 - устройство регулирования расхода; 11 - скважина; 12 - погружной насос
Далее, очищенные сточные воды поступают в резервуар с насыпной крупнозернистой загрузкой 7, расположенной под фитофильтром. Подача очищенных сточных вод потребителю осуществляется по дренажной перфорированной трубе, расположенной в слое крупнозернистого материала, либо в напорном режиме при помощи погружного насоса 12, располагаемого в скважине 8, выполненной сквозь фильтрующую 4 и крупнозернистую 7 загрузку.
При благоприятных гидрогеологических условиях очищенные сточные воды могут быть инфильтрованы в окружающий грунт. В этом случае непроницаемое основание 9 не устраивается.
Разработанная технология очистки ПСВ методом фитофильтрования с накоплением очищенного стока в слое пустотной крупнозернистой загрузки имеет широкую область применения и может быть использована на промышленных предприятиях, городских территориях и частных участках при загородных домах.