РУС | УКР
Ми завжди готові розглянути будь-які варіанти
співробітництва та постачання обладнання у ваш регіон

Каталог продукції

Підземний бак Carat S

Системи очищення стоків

Станції очищення Picobell

Станції очищення "Klaro Easy"

Станції очищення "One2clean"

Септики

Станції очищення XXL

Дренаж

Дренажний блок Graf

Дренажний блок Eco Bloc Flex

Дренаж VARIO

Дренажні тонелі Graf

Дренажні фільтри Graf

Збір дощової води

Збір дощової води (Carat S)

Збір дощової води (Herkules)

Наземна ємність ТОР

Збір дощової води (Platin)

Садові приналежності

Компостери

Декоративні ємності

Фільтри для ємностей

Водороздатні колонки

інструкції до систем автономної каналізації та дренажу

Новини

Дренажний модуль GRAF 130L

Дренажний модуль GRAF 130L
23 січня 2019 р.
Нам, як партнерам компанії GRAF, приємно представляти чергові новинки від нашого постачальника. На цей раз ми ділимося інформацією про новий дренажний тунель"Graf 130 l" (об'єм 130 л.).

Публікації

Стічні води

Стічні води
12 лютого 2019 р.
Згідно з Водним кодексом України, стічна вода — вода, що утворилася в процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності (крім шахтної, кар'єрної і дренажної води), а також відведена з забудованої території, на якій вона утворилася внаслідок випадання атмосферних опадів.

Біоплато для очищення стічних вод

Біоплато для очищення стічних вод
10 квітня 2012 р.

Применение традиционных технологий биологической очистки сточных вод ограничено из-за сравнительно высоких капиталовложений при строительстве и энергоемкости технологии при очистке небольших расходов сточных вод в регионах без развитых систем канализаций. Использование методов естественной биологической очистки характеризуется устойчивостью качественных показателей воды на выходе, широкими возможностями удаления биогенных элементов (азота и фосфора), низкими капиталовложениями при строительстве и затратами при эксплуатации, не высокими концентрациями активного ила, а также рядом других преимуществ. Инженерные сооружения типа биоплато относятся к наиболее прогрессивным методам естественной биологической очистки сточных вод, получившим широкое применение во многих странах мира. Ниже представлено краткое изложение классификации, достоинств и недостатков различных типов сооружений данного класса, а также механизмы удаления в них загрязнений из сточных вод.

1. Естественная биологическая очистка сточных вод

Естественная биологическая очистка сточных вод, как правило, представлена комплексом инженерных мероприятий, обеспечивающих экологические нормативы в области охраны окружающей среды.

Наиболее простыми сооружениями данного типа, используемыми человеком уже более пяти столетий, являются поля орошения и фильтрации, представляющие собой специально  карты. При контакте-подготовленные и спланированные участки земли  загрязнителей сточных вод с иммобилизованными микроорганизмами почвенного слоя за счет процессов биосорбции, биоразложения и механической фильтрации происходит удаление загрязнителей из сточных вод. На территории стран СНГ поля орошения впервые появились в Одессе (1887 г.), затем в Киеве (1894 г.) и в Москве – Люблинские поля орошения (1898 г.).

Разновидностью полей фильтрации являются поля подземной фильтрации, в которых на глубине 0,5 – 2 м укладываются дренажные трубы. По ним очищенная вода отводится с полей фильтрации, используется для орошения или других целей. Подземная фильтрация получила очень широкое применение в Японии, а в последние годы и в Китае также широко используют данные сооружения.
Прогрессивным развитием методов естественной биологической очистки является биоинженерные сооружения типа биоплато, которые в мировой практике получили название "Constructed wetland". Это исскуственная система очистки сточных вод, имеющая ряд характеристик естественного биоплато. Для очистки сточных вод в этой системе применяют различные гидробионты: микроорганизмы, водоросли, высшие растения и т.д. При протекании сточных вод через слои загрузки происходят процессы фильтрации, осаждения, адсорбции, поглощения загрязнителей водными растениями. Очистка возможна как в аэробных, так и анаэробных условиях.

В 1953 г. Kathe Seidel (Германия)  была описана повышенная способность камыша удалять многие органические и неорганические вещества в процессе своей жизнедеятельности. Позднее им было показано, что при очистке сточных вод с использованием камыша исчезают некоторые условнопатогенные и патогенные бактерии, относящиеся к колибациллам, ентерококкам, сальмонеллам и др. Кроме того, установлено, что камыш и другие высшие водные растения обладают способностью удалять из сточных вод тяжелые металлы и углеводы. Все это позволило Seidel предложить очистные сооружения типа "Max-planck insititute-process", состоящие из 4 или 5 ступеней очистки, каждая из которых включает несколько последовательных и параллельных прудов.

В середине 60 годов ХХ столетия на основании проведенных исследований Kickuth предложил технологию, получившую название "метода корневых зон". Сооружение очистки данным методом состоит из прямоугольных прудов с камышами, в прикорневых частях которых образуются многочисленные аэробные и анаэробные зоны. При протекании сточных вод через такие прикорневые системы происходит разложение органических загрязнителей, удаляется азот в процессах нитрификации и денитрификации, а фосфор вместе с кальцием, железом, алюминием и другими ионами осаждаются. В Othfresen (Германия) в 1974 году было построено первое современное инфильтрационное сооружение очистки сточных вод типа биоплато на основе метода корневых зон.

В настоящее время уже известно более 2,5 тыс эксплуатируемых биоплато в различных странах мира, включая Украину. Биоплато получили широкое распространение в Европе и Америке. В Дании, Германии, Англии действуют 1993 гг построено-более 200 сооружений биоплато. В США в период 1988 несколько сотен сооружений биоплато и специально разработаны технологические регламенты очистки сточных вод для сооружения типа биоплато "Constructed wetland".

В ФРГ для очистки небольших количеств сточных вод в сельской местности используют системы с высшей водной растительностью при минимальной производительности, соответствующей еквивалентному населению в 50. Gunther  приводит данные обследования 25 систем биоплато с горизонтальным потоком  со смешенным (первая ступень с- с вертикальным и 11 -фильтрования, 30  вертикальным и вторая с горизонтальным). Установлено, что в 80% случаев величина ХПК на выходе не превышает 100 мг/л, и БПК5 – 25 мг/л.

В Китае массовое исследование и применение биоплато отмечено в середине 80-х годов ХХ века. В 1990 году сооружение типа биоплато производительностью 3100 м3/сут., создано в г. Шеньчжень. Проведены экспериментальные исследования и построены установки биоплато в пригородах Пекина и Тяньцзиня. В последние годы очистные сооружения типа биоплато получили признание в Китае благодаря низким затратам на строительство и расходам при эксплуатацию. Следует отметить, что поскольку при эксплуатации биоплато одновременно увеличивается площадь покрытия зелеными растениями, это способствует улучшению экологического состояния в данных регионах.

На юге Китая (в провинции Гуандун, Хубей, Чжецзян, Сичуань и др.) разработаны и построены биоплато с различными сочетаниями растений, новыми составами загрузок, направленными на интенсификацию процессов очистки и улучшения экологического состояния окружающей среды. При применении биоплато на севере  Китая с учетом местных климатические условий в зимний период используют специальные покрытия для поддержания температуры на определенном уровне и возможности протекания биологических процессов очистки. Таким примером может служить г. Шеньян на севере КНР, где с 2003 года функционирует биоплато производительностью 20 000 м3/сут.

Если первоначально метод биоплато применялся только для очистки бытовых сточных вод, то в настоящее время эта технология используется и для очистки сточных вод от сельскохозяйственных, животноводческих, пищевых объектов. Известно, кроме того, применение биоплато для очистки производственных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов и трудноразлогаемых органические соединений.

2. Классификации систем биоплато и их особенности

Биоплато

это исскуственно созданные системы очистки, напоминающие биопруды,- расположенные каскадом и построенные с учетом оптимальных физико-химических и биологических факторов процесса очистки. Существуют различные классификации систем очистки сточных вод на сооружениях типа биоплато. С точки зрения инженерного проектирования и с учетом гидравлического распределение потоков жидкости различают такие категории сооружений биоплато: поверхностные, горизонтальные инфильтрационные, вертикальные инфильтрационные и смешанного типа. Различные типы биоплато имеют свои особенности, что и создает возможность очистки в них разных категорий сточных вод.

2.1. Поверхностные биоплато

Данный тип биоплато похож на естественный "заболоченный ландшафт", когда сточные воды поступают на поверхность сооружения, с тем отличием, что это искусственное сооружение, имеющее системы управления, в результате чего достигается высокая эффективность очистки. К достоинствам сооружения следует отнести:

  • низкие экономические затраты при строительстве,
  • удобство в управлении и низкие энергетические затраты при эксплуатации.

К недостаткам можно отнести: потребность в больших площадях, низкую гидравлическую нагрузку и как следствие, относительно невысокую эффективность очистки. Поступление кислорода в систему очистки осуществляется, в основном за счет диффузионных процессов из атмосферы через корневые органы растения. Способность поступления кислорода в систему ограничена. Еффективность очистки в сооружениях данного типа биоплато заметно изменяется под влиянием климата. Кроме того, летом наблюдается массовое развитие комаров и других насекомых, что требует проведение специальных санитарных мероприятий.

2.2. Горизонтальные инфильтрационные биоплато

Такое название биоплато связано с тем, что сточные воды в сооружение движутся через слои загрузки из одного конца к другому почти горизонтально. Сооружение состоит от одной или нескольких секций, в состав которых входят водонепроницаемое покрытие, слои загрузки и растения. По сравнению с поверхностными биоплато, в данных сооружениях достигаются большие гидравлические нагрузки и высокая эффективность очистки сточных вод по БПК, ХПК, взвешенным веществам, тяжелым металлам, а на территории очистных сооружений практически отсутствует неприятный запах и наличие насекомых. Горизонтальные инфильтрационные биоплато особенно широко применяются в США,  Японии, Австралии и Европе. Недостаток данного типа сооружений состоит лишь в том, что способность удаления азота несколько ниже, чем у биоплато вертикального типа.

2.3. Вертикальные инфильтрационные биоплато

В вертикальных инфильтрационных биоплато сточные воды подают с поверхности биоплато на дно вертикально, а кислород в систему поступает за счет диффузии воздуха из атмосферы и через корневые органы растений. Процессы нитрификации в сооружениях данного типа биоплато происходят интенсивнее, чем в горизонтальных, именно поэтому возможна очистка сточных вод, содержащих азот в высоких концентрациях. Недостатками данного типа биоплато являются сложные системы управления процессом очистки, а также создание благоприятных условий для развития насекомых.

2.4 Смешанные типы биоплато

Для повышения эффективности очистки на практике часто применяют различные сочетания вышеуказанных типов биоплато, что приводит к формированию в одном сооружении различных потоков жидкости.

Ученые Китая и стран Евросоюза совместно разработали смешанные вертикальные биоплато, в которых сточные воды поступают первоначально сверху вниз, а затем снизу на верх. В сооружениях данного типа, применяющихся на юге Китая, достигается высокая эффективность очистки.

На севере Китая используется технология очистки в биоплато смешанного типа, где направление движения сточных вод включает две составляющих: горизонтальное и вертикальное, что также приводит к повышению эффективности очистки.

3. Механизмы удаления загрязнителей в сооружениях биоплато

Анализ литературных данных показывает, что в системе биоплато происходят сложные механизмы удаления загрязнителей из сточных вод. В этой сложной системе (растения – микроорганизмы – загрузка) происходят аэробные и анаэробные биологические процессы, сопровождающиеся фильтрацией, адсорбцией, осаждением, поглощением и трансформацией растениями биогенных элементов и др. соединений. Механизмы удаления загрязнителей различны. Четкое обоснование механизма очистки имеет большое значения для оптимизации технологических параметров проектирования биоплато.

3.1. Механизм удаления органических веществ в биоплато

На поверхности загрузки и корневых органов растения в биоплато образуется биопленка, в которой развиваются различные микроорганизмы, а благодаря особенности поступления кислорода в биоплато образуются многочисленные аэробно-анаэробные зоны. Растворимые органические вещества удаляются в процессе адсорбции, поглощения и деятельности микрооргазмов. Установлено, что при сравнительно низких концентрациях загрязнителей сточных вод, еффективнсть удаления по БПК5 составляет 85...95%, по ХПК – более, чем 80%. БПК5 на выходе составляет 10 мг/л. Эксплуатация сооружений в регионах с низкими температурами (например, в Архангенльске) приводит к снижению эффективности очистки до 50%. При полном соблюдении оптимальных технологических параметров в биоплато происходит полная минерализация большинства органических загрязнений.

3.2 Механизмы удаления азота в сооружениях биоплато

В биоплато азот включается в биотический кругооборот в системе "воздух – вода – растения – почва". Азот частично удаляется из сооружения путем поглощения водными растениями, как необходимый для них биогенный элемент. В результате этого процесса из воды удаляется всего лишь 8 – 16 % азота, что позволяет сделать вывод, что основные процессы, связанные с удалением из биоплато соединений азота, происходят в результате минерализации азотсодержащих органических соединений нитрифицирующими и денитрифицирующими микроорганизмами.

Нитрификация осуществляется под воздействием аэробных микроорганизмов (нитробактерии и азотобактерии), ионы аммония окисляются до нитритов, а затем до нитратов. По мнению Anthnisen  образование нитритов является лимитирующей стадией нитрификации, а процесс окисления нитритов до нитратов может оказаться быстрой реакцией. Liu C. X. и Zhang J.Y. на основании собственных исследований констатируют, что первоначально концентрация нитритов в сооружении возрастает, а затем резко снижается. Под воздействием денитрифицирующих бактерией происходит процесс восстановления, в результате чего образуется N2, который вытесняется из системы в атмосферу. По сравнению с традиционными технологиями биологической очистки, когда процессы денитрификации заторможены, биоплато более эффективно удаляет азот из сточных вод. Лимитирующей стадией является процесс нитрификации. При высоком содержании органических веществ (по ХПК и БПК) кислород используется на их окисление, вследствие чего процессы нитрификации не происходят часто в полном объеме. В данном случае положительный результат может быть получен при дополнительной аэрации. Отмечено, что процессы денитрификации происходят интенсивнее при низких показаниях БПК.

3.3. Механизмы удаления фосфора в биоплато

Удаление фосфора в биоплато осуществляется в результате совместных биологических и физико-химических процессов. Фосфор поглощается и трансформируется растениями, а затем частично за счет удаления растений выводится из системы биоплато. Таким путем удаляется незначительная часть фосфора, а остальная часть накапливается в почве. Интенсифицировать этот процесс можно путем изменения окислительно – восстановительного потенциала в сооружениях в зависимости от типа биоплато.

Основным процессом удаления фосфора в биоплато является соосаждение, что повышает роль рН. Результаты исследования показывают, что до 87% фосфора удаляется из сточных вод осаждением и адсорбцией в биоплато. Отмечено, что фосфорсодержащие соединения очень легко абсорбируются и осаждаются в почве с алюминием и железом в нейтральной и кислой среде, а с кальцием  в щелочной среде. Обычно считается, что ионы ортофосфата адсорбируются на поверхности алюминия и железа за счет процессов комплексообразования.  исследовал соотношения между Mg, Ca, Fe, Al и Р в процессе адсорбции, и показал, что Ca имеет большую способность к адсорбции.

Исследованиями  установлено, что для биоплато вертикального типа 22,8%  за счет адсорбции,-фосфора удаляется за счет фильтрации, 50...65%   за счет-осаждения и ассимиляции микроорганизмами, и только 1%...3%  поглощения растениями.

Анализ опубликованных данных позволяет констатировать, что большинство фосфора, содержащегося в сточной воде, адсорбируется на поверхности почвы, причем процесс носит обратимый характер, т. к. со временем происходит десорбция фосфора. По предположению  максимальная емкость поглощения фосфора в биоплато обычно не превышает 1г/м2.

3.4. Механизм удаления тяжелых металлов в биоплато

В последние годы биоплато все чаще применяются также для очистки некоторых категорий производственных сточных вод, основными загрязнителями которых являются ионы тяжелых металлов и органические вещества. Исследования Walker  проанализировано распределение тяжелых металлов в биоплато и отмечено, что основное количество тяжелых металлов накапливается в слое загрузки. Закономерность удаления тяжелых металлов из биоплато, исследовал Cheng Shuiping, который установил, что эффективность очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, высокая, а их содержание в очищенной воде ниже нормы, установленной ВОЗ для питьевой воды.

При использовании биоплато для очистки производственных сточных вод уделяется большое внимания вопросам экологической безопасности и в первую очередь токсикологическим критериям очистки, когда создаются оптимальные условия для превращения ионов тяжелых металлов в менее токсичные формы. Показано, что ионы тяжелых металлов наиболее токсичны тогда, когда они находятся в форме обменных соединений, а перевод их в связанное состояние снижает токсичность.

При протекании сточных вод через слои загрузки биоплато, многие ионы тяжелых металлов (Hg, Cd, Cu, As и др.) фиксируются на слое загрузки; при этом происходит ряд сложных процессов адсорбции, комплексообразования, осаждения и других видов физикохимического воздействия. Исследования Scholz M. показано, что в процессе очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов (свинец и медь) последние интенсивно накапливаются в биолато. Отмечено, что эффективность очистки зависит от адсорбирующей способности и окислительно-восстановительного состояния слоя загрузки. Obarska-Pempkowiak H. отмечает, что содержание ионов тяжелых металлов (Mn, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr) уменьшается в сточных водах за счет адсорбции их поверхностью загрузки.

Микроорганизмы биопленки загрузки играют первостепенную роль в процессах удаления ионов тяжелых металлов. Механизмы удаления характеризуются большим разнообразием.

Поглощение. В процессе роста микроорганизмов некоторые тяжелые металлы часто поглощаются микроорганизмами, например и принимают участие в различных клеточных процессах. Так, например, медь и цинк участвуют в синтезе ферментов, РНК, ДНК.

Комплекс- и хелатообразование. Многие микроорганизмы выделяют полисахариды, глюкопротеиды, липополисахариды и другие соединения, содержащие фенольные, гидроксильные и активные функциональные группы, которые играют важную роль при комплексообразвании и хелатообразровании с ионами тяжелых металлов.

Осаждение. В процессе роста микроорганизмов выделяются некоторые вещества, которые способствуют осаждению ионов тяжелых металлов. Например, при анаэробных условиях сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфат-ионы до Н2S, а последний осаждается в виде нерастворимых сульфидов.

Превращение в менее токсичные формы. Многие ионы тяжелых металлов обладают переменными валентностями и при воздействии микроогранизмов они могут быть переходить в менее токсичные соединения. Например, под воздействием бактерий рода Pseudomonas Cr (VI) восстанавливается до менее токсичного Cr(III). Аналогичный процесс осуществляют и некоторые растения. Так, согласно исследованиям Isabel C. водные растения восстанавливают Cr (VI) до Cr(III), что приводит к снижению токсичности ионов хрома.

Адсорбция микроорганизмами. Анализ литературных данных показывает, что микроорганизмы, имея большую удельную поверхность, хорошо сорбируют ионы тяжелых металлов, поэтому большинство водорослей и микроорганизмов являются хорошими адсорбентами.

Поглощения, трансформации и накопления растениями. Многие растения в биоплато обладают способностью поглощения, трансформации и накопления тяжелых металлов таких, например, как Al, Fe, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Pb, V, Zn и др. Чем больше биомасса растения, тем лучше результат очистки. Del Rio  исследовал способность накопления Pb, Cu, Zn, Cd, Sb и As у 99 видов водных растений. Такие растения, как A. Azurea, B. Vulgaris, C. Fuscatum, C. Arvensis, C. Dactylon, характеризуются большой способностью к поглощению тяжелых металлов и поэтому получили название "растений гипераккумуляторов". У этих растений способность накопления тяжелых металлов в 100 раз выше, чем у обычных растений.

4. Перспективы применения биоплато для очистки сточных вод

Анализ литературных данных и собственные исследования автора позволяют наметить такой круг вопросов для дальнейшего исследования с целью совершенствования очистки в биоплато: 

поиск новых видов растений, которые интенсивно поглощают и трансформируют загрязнения сточных вод или переводят их в нетоксичные формы, что облегчает "работу" биопленки;

определение оптимальных технологических параметров биоплато с учетом различных климатических условий;

выяснение механизмов очистки сточных вод в разных конструкциях биоплато

определение путей миграции и превращения загрязнений в системе "почва   воздух".

вода – растения – микроорганизмы 

Pаботa выполнена при финансовой поддержке Ministry of science and technology PRC , China scholarship council, Кафедры охраны труда и окружающей среды КНУСА (Украина), Совместного китайско-российского научно- исследовательного центра по экологии и охране окружающей среды, Department science and technology Shenyang city, Key laboratory environmental engineering of Shenyang.

Топова продукція