Биологические пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией (пневматической или механической), контактные, проточные, серийные (состоящие из каскада прудов). Биологические пруды для доочистки сточных вод Биологические пруды предназначены для очистк

Биопруды создаются искусственно возле предприятий нефтехимической, коксохимической, нефтедобывающей промышленности, и в местах целлюлозного производства. Это заглубленные очистные водоемы, огражденные дамбой или плотиной.

Биологические пруды с загрязненными отходными водами от предприятия строятся в местах, непригодных для ведения сельского хозяйства. Как правило, это овраги, склоны террас. Каждое очистное сооружение ограждается в целях безопасности дамбой, а если находится в глубоком овраге – плотиной.

Пруды-отстойники являются причиной загрязнения сточных вод, биологами ведется борьба с цветением этих водоемов. Вода химическим образом осветляется. В прудах происходят естественные процессы самоочищения и аэрации сточных вод.

Условия хранения сточной воды

Биологический пруд должен хранить в себе только стоки тех вод, которые не меняют своих качеств на протяжении всего срока хранения. Необходимо все же следить за отсутствием загрязнения водоема илом. Водоем для хранения сточных отходов должен функционировать временным, а не постоянным образом.

Подчеркивается, что особых требований к построению очистного пруда не имеется. Водоем площадью до 50.000 м3 засаливает подземные чистые русла на расстоянии нескольких квадратных километров.

Необходимо отметить, что, по оценкам специалистов ЛИСИ, в настоящее время очистной пруд строится объемом до 40.000 м3. Каждый биологический пруд-отстойник очень загрязняет воздух, выделяя в него активные химические вещества.

Принцип построения пруда для сточных вод

Технология возведения пруда

Пруд-накопитель по технологическим требованиям должен состоять из 2-х частей. Первая занимает 20% объема всего пруда и служит для фильтрации и отстаивания частиц продукции нефтепереработки. Вторая часть, объемом 80%, функционирует как своеобразный аккумулятор.

Следует обратить внимание, что в качестве пруда-накопителя может быть использовано заболоченное озеро или болото, если рядом находится водопроводный слив сточных вод и большая площадь земельных угодий.

Метод использования биологического заболоченного озера экономически выгоден, но водопроводные осадки приобретают в болоте тиксотропное состояние, пруд покрывается твердой коркой, известь не помогает устранить проблему, поэтому пруд-хранилище должен быть временным вариантом.

Пруд-станция строится с учетом уровня воды в близлежащем природном водоеме в период половодья. Берутся данные за последние 10 лет. Аридная (пустынная) зона строительства прудов по собранию стоков в холодное время года может значительно повысить плодородность земли и урожайность при устройстве продуманной дренажной сточной системы.

Тип очистной постройки

Тип очистного сооружения определяется в зависимости от природы осадков в сточных водах. Биологические накопители подразделяются на однофазные и двухфазные. В однофазные накопители отправляются осадки промышленности с ярко выраженной окраской и сильным запахом, содержащие соли, которые не поддаются переработке, в двухфазные – осадки в виде водяной суспензии, содержащие минералы и органические вещества, которые могут быть отделены.

Гидроотвалы – хранители стоков

Гидроотвалами служат сооружения — станции, предназначенные для хранения пульпы. Пульпой является мелкоизмельченная суспензия воды и горной породы. Пульпа бывает в виде:

• грубой суспензии;
• тонкой суспензии;
• ила (шлама);
• коллоидного раствора.

По типу рельефа дна биологические гидроотвалы-пруды подразделяются на:

• специально возводимые и огороженные дамбой или плотиной;
• расположенные в пойме реки, обвалованные с 3-4 сторон;
• низинные, равнинные пруды;
• карьерные биопруды;
• возводимые в местах естественного углубления рельефа;
• котлованные и котловинные пруды.

Характеристика гидроотвалов

Гидроотвалы по высоте бывают низкими, до 12 метров, средними, от 12 до 35 метров, высокими, от 35 метров и выше. Сооружение-станция должно содержать в себе обвалованную дамбу, водосборные приспособления и дренажные системы. Небольшого объема поверхностные воды на территории биологического гидроотвала собираются водосборной установкой, а большие паводковые воды – при помощи специального водопропускного механизма.

Иловая площадка строится в естественном месте понижения рельефа либо возводится искусственным образом. Станция предназначена для выпаривания воды из осадков и изъятия необходимых остатков, подлежащих переработке. Представляет собой углубление, обвалованное дамбой с 2 – 3 сторон с дорогами для возможности подъезда транспорта и автотехники с целью изъятия остатков отвалов работниками, пересмотра и упаковки для дальнейшей транспортировки.

Иловая площадка для накопления стоков

Биологическая иловая площадка-станция строится из нескольких иловых карт с задвижками, водоспускными трубами, дренажом для сточных систем. Иловые карты располагаются в ряд друг с другом под определенным углом наклона, что соответствует технической эксплуатации каждой карты. Покрытие сточными водами единоразово всех карт недопустимо. Карты покрываются водой с отходами в определенном порядке: на 25-35 см летом и на 15 см зимой ниже верхнего уровня обвалочной дамбы.

Трубы, задвижки, лотки осматриваются сотрудниками не реже, чем раз в 5 дней. Полезные остатки изымаются с карт после того, как сточная вода полностью сойдет в яму и перейдет в дренажную систему, а остатки подсохнут. Вода из ямы удаляется посредством действия водоочистных сооружений. Устройства для развода площадок и их каналы промываются чистой водой после каждого наложения осадков. В зимний период раздвижной открытый лоток покрывается несколькими щитами от вод.

Особенность хвостохранилища и водоема — испарителя

Хвостохранилище представляет собой водоем-накопитель жидких промышленных стоков и вод, содержащих полезные ископаемые (хвосты), пригодные для вторичной переработки с применением технологии биологического обогащения. По мере надобности строят вторичные дамбы в дополнение основной. Воду в накопителе осветляют. Дамбы против вод возводятся насыпным образом.

Пруд-испаритель имеет в основе дамбу обвалования и естественное природное углубление рельефа. В основание пруда закладывается противофильтрационная пленка из влагонепроницаемого материала, которая заглубляется до уровня глины под землей. Пруды-испарители различаются между собой в зависимости от геологических, климатических, условий местности и сточных вод. По типу рельефа бывают:

• овражные пруды;
• пойменные пруды;
• равнинные;
• котлованные.

Возведение шламохранилища

Шламохранилище представляет собой огромных размеров земляной пруд до десятков тысяч м3, обвалованный дамбой с защитным гребнем, снабженный системой водосбора и водоотведения. Гребень должен быть оборудован системой кюветов для подачи и отвода вод.

Данная система устроена по принципу действия аналогичной в хвостохранилище. Шламохранилище предназначено для отсеивания и вторичной переработки отходов нефтяной промышленности. Стоки вод представляют собой суспензию взвешенных нефтяных частиц.

Технология возведения очистных водоемов

Особо отмечается технология постройки очистных водоемов согласно нормам и природоохранным законам, действующим в РФ.

Все гидротехнические сооружения должны быть построены по проектам, разработанным в определенном порядке, и прошедшим экспертизу согласно Постановлению Госдумы РФ от 7 декабря 2000 года:

• Владелец гидросооружения перед началом строительства должен предоставить в Госгортехнадзор проект постройки очистного сооружения, который соответствует нормативным требованиям.
• Владелец гидросооружения несет полную ответственность за:
• сам пруд,
• коммуникацию,
• подходы и подъезды к гидросооружению,
• подводимую дренажную систему,
• водосборные и водозаборные системы отвода вод,
• качество воды, сбрасываемой в открытый водоем.
• Собственник гидросооружения должен предоставить в контролирующий орган план ликвидации аварии после:
  • устранения водоема-накопителя,
  • возникновения проблем с водосборной системой,
  • разлития загрязненных вод по прилегающей к пруду территории.

• Нормативный закон предполагает мониторинг гидросооружения с целью предупреждения возможной аварии и определения уровня загрязненности окружающей территории.
• Руководство гидросооружения обязано разработать для контролирующего органа план по эксплуатации очистного сооружения, инструкцию для местного пользованием прудом, инструкцию по технике безопасности, служебные инструкции для всего рабочего персонала.
• Руководство мелких и средних по объему накопителей может разработать и утвердить план по ликвидации аварий в составе плана локализации аварии на всем обслуживающем предприятии или его подразделения.

Если в зоне разлива токсичных вод, планируемой техническим проектом, находятся жилые помещения или объекты науки, образования, медицины, их надо немедленно перенести из указанной зоны.

Причины и условия ликвидации водоема

Накопитель, после заполнения его до верхней рабочей отметки, подлежит консервации (ликвидации). Для этой цели необходимо получить экспертное заключение из Госгортехнадзора о состоянии хранилища и его влиянии на окружающую среду, а также разработать план по ликвидации самого очистного сооружения в соответствии с заключением экспертов. Накопитель ликвидируется в случае:

• нахождения его в жилой зоне;
• переполнения его токсичными отходами, когда противофильтрационные пленки и средства не сдерживают их, а загрязненная вода просачивается в землю, отравляя чистые источники.

Проект по ликвидации гидросооружения должен выполняться организацией, имеющей лицензию по его строительству. Проектом должны предусматриваться требования по сохранению безопасности окружающей среды и промышленного предприятия. Безопасность консервации объекта обеспечивает владелец или использующая гидросооружение организация в соответствии с заключением экспертной комиссии и специалистов Ростехнадзора.

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3 -- 5 ступеней, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды устраиваются для биологической очистки сточных вод в естественных условиях на слабофильтрующих грунтах в виде отдельных водоемов. В результате жизнедеятельности плангтона (фитопланктона) ассимилируется свободная и бикарбонатная кислота, благодаря чему рН воды днем повышается до 10 -- 11, что приводит к быстрому отмиранию бактерий.

Биологические пруды как самостоятельные очистные сооружения по СНиП допускается применять (при надлежащем обосновании) для населенных мест, расположенных в IV климатическом районе. Пруды могут проектироваться также для доочистки сточных вод в сочетании с другими очистными сооружениями.

В биологических прудах должно быть 2--3 ступени -- при поступлении биологически очищенных сточных вод и 4--5 ступеней -- при поступлении отстоенных сточных вод.

Биологические пруды рассчитываются по нагрузке сточными (первый случай) водами на 1 га водной поверхности пруда или по величине реаэрации (второй случай).

В первом случае эта нагрузка принимается равной (без разбавления для отстоенных сточных вод) до 250 м3/га в сутки и для биологически очищенных сточных вод -- до 5000 м3/га в сутки; во втором случае -- из расчета величины реаэрации, равной 6 -- 8 г кислорода в сутки с 1 м2 пруда в зависимости от климатических условий (СНиП).

Среднюю глубину воды в биологических прудах принимают в зависимости от местных условий в пределах 0,5--1 м. При использовании прудов для рыборазведения к ним должна подводиться осветленная сточная жидкость, разбавляемая речной водой в 3--5 раз. При этом в составе биологических прудов должен быть малый пруд глубиной не менее 2,5 м, предназначенный для рыбы в зимнее время.

При очистке сточных вод в биологических прудах, уменьшается количество бактерий -- более чем в 100 раз, понижается окисляемость на 90%, снижается количество органического азота -- на 88, аммиака -- на 97 и БПК -- до 98%. Осенью пруды, не предназначенные для выращивания рыбы, опорожняют, в зимнее время их используют как накопители. Весной пруды заполняются водой и примерно через месяц начинают работать на проток. Возможна также контактная работа прудов. Дно пруда рекомендуется ежегодно вспахивать. Сточные воды должны находиться в прудах 20--30 суток. Впускать сточные воды в пруды рекомендуется в дневное время. Пруды нужно располагать вблизи естественных водоемов. Количество растворенного кислорода в воде должно быть не ниже 2,5 мг/л. Дно пруда планируется в сторону выпуска. Глубина у впуска обычно принимается 0,5 м, у выпуска -- до 1--2 м. Пруды проектируются площадью 0,5--1,5 га и более.

При проектировании прудов, имеющих естественный водосбор, водосбросные сооружения нужно рассчитывать на дополнительный пропуск паводкового и ливневого расхода. В зависимости от условий выпуска (опорожнения), диктуемых рельефом, емкость пруда может быть образована устройством запруд по тальвегам, использованием существующих либо созданием искусственных выемок (котловин), ограждением территории валиками (дамбами). В верхнем пруде устраивают 2--3 впуска. Для лучшего распределения потока сточной жидкости поперек первого пруда устанавливают два ряда плетней. Перепуски из прудов устраивают в виде лотков шириной 0,4 м через 30 м. Из последнего пруда вода выпускается при помощи шахтных водосбросов.

После выхода из очистных сооружений сточные воды выпускаются в тальвеги балок и оврагов, где устраиваются каналы с незначительным уклоном, длина которых достигает сотен метров, а иногда и нескольких километров.

Исследуемые каналы располагались в тальвегах сухих балок со среднегодовой температурой воздуха местности 6,8 + 7,1°С и среднегодовым количеством осадков 500--510 мм. Скорость движения сточной воды в этих каналах колебалась в пределах 0,01--0,05 м/сек, время пребывания стоков в канале -- от 7 до 28 ч. Слой воды в канале (не считая осадка) приняли в пределах 0,025--0,15м, ширина канала -- в пределах 0,65--1,5 м.

На сточную воду, протекающую в каналах с малой скоростью и малой глубиной, но сравнительно большой шириной потока, воздействуют солнечные лучи, кислород воздуха и другие климатические факторы, отчего концентрация загрязнений в сточной воде по мере удаления ее от места выпуска уменьшается. Происходит естественное самоочищение сточных вод. Такие каналы называются естественными окислительными каналами, так как в них происходят процессы окисления, подобные процессам, происходящим в биологических прудах.

Искусственные окислительные каналы применяют за рубежом (Голландия, США и др.) в климатических условиях с минимальной температурой воздуха (до --8°С) и дают хорошие результаты при очистке малых количеств сточных вод. В таких каналах концентрация загрязнений снижается по БПК5 до 98%, резко падает бактериальное загрязнение и содержание взвешенных веществ. Искусственные окислительные каналы как очистные сооружения в наших условиях применяются пока редко.

Степень очистки сточных вод в естественных каналах зависит от длины сбросного канала и его уклона.

При очистке сточных вод в естественных окислительных каналах на двух объектах отбирались пробы сточной воды перед септиками, после септиков и по каналам через каждые 100 м, для химических и бактериологических анализов. На обоих объектах количество сточных вод колебалось в пределах 100--150 м3 в сутки. Первичными отстойниками служили септики, плохо эксплуатируемые (почти не очищались).

Анализы показали, что в естественных окислительных каналах намного снизилась концентрация загрязнений сточных вод. На протяжении исследуемых 1000 м канала сточная вода очищается, как в химическом, так и в бактериологическом отношениях.

Одной из наиболее актуальных проблем экологии на сегодняшний день является очистка разнообразных сточных вод, загрязненных различными экотоксикантами. Существует ряд путей решения данной проблемы, одним из которых является разработка и внедрение биологических методов очистки и доочистки стоков. Эти методы основываются на практически неограниченной способности живых организмов использовать многообразие веществ, содержащихся в сточных водах, в процессах жизнедеятельности.

Биологической очистке подвергаются стоки, в основном загрязненные веществами органической природы и биогенными элементами, а также характеризующиеся высоким содержанием взвешенных веществ. Биологические методы хорошо себя зарекомендовали в системе очистки коммунально-бытовых стоков, как наиболее экологически и экономически выгодные. Они применяются для очистки сточных вод предприятий молочно-консервной, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности, в животноводстве и т.п.

Аэробная очистка сточных вод

Биологическая переработка отходов опирается на ряд дисциплин: биохимию, генетику, химию, микробиологию, вычислительную технику. Усилия этих дисциплин концентрируются на трех основных направлениях:
- деградация органических и неорганических токсичных отходов;
- возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора, азота и серы;
- получение ценных видов органического топлива.

При очистке сточных вод выполняют четыре основные операции:
1. При первичной переработке происходит усреднение и осветление сточных вод от механических примесей (усреднители, песколовки, решетки, отстойники).
2. На втором этапе происходит разрушение растворенных органических веществ при участии аэробных микроорганизмов. Образующийся ил, состоящий главным образом из микробных клеток, либо удаляется, либо перекачивается в реактор. При технологии, использующей активный ил, часть его возвращается в аэрационный тенк.
3. На третьем (необязательном) этапе производится химическое осаждение и разделение азота и фосфора.
4. Для переработки ила, образующегося на первом и втором этапах, обычно используется процесс анаэробного разложения. При этом уменьшается объем осадка и количество патогенов, устраняется запах и образуется ценное органическое топливо - метан.

На практике применяются одноступенчатые и многоступенчатые системы очистки. Одноступенчатая схема очистки сточной воды представлена на рисунке:

Принципиальная схема очистных сооружений:
1 - пескоуловители; 2 - первичные отстойники; 3 - аэротенк; 4 - вторичные отстойники; 5 - биологические пруды; 6 - осветление; 7 - реагентная обработка; 8 - метатенк; АИ - активный ил.

Сточные воды поступают в усреднитель, где происходит интенсивное перемешивание стоков с различным качественным и количественным составом. Перемешивание осуществляется за счет подачи воздуха. В случае необходимости в усреднитель подаются также биогенные элементы в необходимых количествах и аммиачная вода для создания определенного значения рН. Время пребывания в усреднителе составляет обычно несколько часов. При очистке фекальных стоков и отходов нефтепереработки необходимым элементом очистных сооружений является система механической очистки - песколовки и первичные отстойники. В них происходит отделение очищаемой воды от грубых взвесей и нефтепродуктов, образующих пленку на поверхности воды.
Биологическая очистка воды происходит в аэротенках. Аэротенк представляет собой открытое железобетонное сооружение, через которое проходит сточная вода, содержащая органические загрязнения и активный ил. Суспензия ила в сточной воде на протяжении всего времени нахождения в аэротенке подвергается аэрации воздухом. Интенсивная аэрация суспензии активного ила кислородом приводит к восстановлению его способности сорбировать органические примеси.

В основе биологической очистки воды лежит деятельность активного ила (АИ) или биопленки, естественно возникшего биоценоза, формирующегося на каждом конкретном производстве в зависимости от состава сточных вод и выбранного режима очистки. Активный ил представляет собой темно-коричневые хлопья, размером до нескольких сотен микрометров. На 70% он состоит из живых организмов и на 30% - из твердых частиц неорганической природы. Живые организмы вместе с твердым носителем образуют зооглей - симбиоз популяций микроорганизмов, покрытый общей слизистой оболочкой. Микрооганизмы, выделенные из активного ила относятся к различным родам: Actynomyces, Azotobacter, Bacillus, Bacterium, Corynebacterium, Desulfomonas, Pseudomonas, Sarcina и др. Наиболее многочисленны бактерии рода Pseudomonas, о всеядности которых упоминалось ранее. В зависимости от внешней среды, которой в данном случае является сточная вода, та или иная группа бактерий может оказаться преобладающей, а остальные становятся спутниками основной группы.

Анаэробные системы очистки

Как уже упоминалось, избыток активного ила может перерабатываться двумя способами: после высушивания как удобрение или же попадает в систему анаэробной очистки. Такие же способы очистки применяют и при сбраживании высококонцентрированных стоков, содержащих большое количество органических веществ. Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах - метатенках.
Распад органических веществ состоит из трех этапов:
- растворение и гидролиз органических соединений;
- ацидогенез;
- метаногенез.
На первом этапе сложные органические вещества превращаются в масляную, пропионовую и молочную кислоты. На втором этапе эти органические кислоты превращаются в усксусную кислоту, водород, углекислый газ. На третьем этапе метанообразующие бактерии восстанавливают диокись углерода в метан с поглощением водорода. По видовому составу биоценоз метатенков значительно беднее аэробных биоценозов.
Насчитывают около 50 видов микроорганизмов, способных осуществлять первую стадию - стадию кислотообразования. Самые многочисленные среди них - представители бацилл и псевдомонад. Метанообразующие бактерии имеют разнообразную форму: кокки, сарцины и палочки. Этапы анаэробного брожения идут одновременно, а процессы кислотообразования и метанообразования протекают параллельно. Уксуснокислые и метанообразующие микроорганизмы образуют симбиоз, считавшийся ранее одним микроорганизмом под названием Methanobacillus omelianskii.

Процесс метанообразования - источник энергии для этих бактерий, так как метановое брожение представляет собой один из видов анаэробного дыхания, в ходе которого электроны с органических веществ переносятся на углекислый газ, который восстанавливается до метана. В результате жизнедеятельности биоценоза метатенка происходит снижение концентрации органических веществ и образование биогаза, являющегося экологически чистым топливом. Для получения биогаза могут использоваться отходы сельского хозяйства, стоки перерабатывающих предприятий, содержащих сахар, бытовые отходы, сточные воды городов, спиртовых заводов и т.д.
Метатенк представляет собой герметичный ферментер объемом в несколько кубических метров с перемешиванием, который обязательно оборудуется газоотделителями с противопламенными ловушками. Метатенки работают в периодическом режиме загрузки отходов или сточных вод с постоянным отбором биогаза и выгрузкой твердого осадка после завершения процесса. В целом, активное использование метаногенеза при сбраживании органических отходов - один из перспективных путей совместного решения энергетических и экологических проблем, который позволяет агропромышленным комплексам перейти на автономное энергообеспечение.

Биоочистка служит завершающим этапом после механической и физико-химической очистки, после чего воды соответствующего качества спускают в природные водоемы или на рельеф.

Биологические пруды, являясь конечным звеном в процессах биологической очистки стоков, окончательно формируют качество воды, сбрасываемой в водные объекты. Наличие в системе очистных сооружений биопрудов позволяет в значительной мере сгладить отрицательное влияние слабоочищенных стоков на водные бассейны.

Особое внимание необходимо уделять наличию и эффективной работе биологических прудов там, где очистные сооружения работают неудовлетворительно. В первую очередь, это относится к тем предприятиям, где биологические пруды являются практически единственными действующими элементом в системе очистки.

На данный момент в практике очистки хозбытовых и промышленных сточных вод большинство биологических прудов переведены в бессточный режим. Тем самым практически полностью прекратился поверхностный сброс воды в природные водоёмы. Это положительно повлияло на экологическое состояние средних и малых водных бассейнов, значительно замедлив их эвтрофикацию.

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения завода, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения

Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

Земледельческие поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:

• 1) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты;
• 2) исключается сброс стоков за пределы орошаемой площади;
• 3) обеспечивается получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных растений;
• 4) вовлекаются в сельскохозяйственный оборот мало продуктивные земли.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2-0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.

Поля орошения лучше устраивать на песчаных, суглинистых и черноземных почвах. Грунтовые воды должны быть не выше 1,25 м от поверхности. Если грунтовые поды залегают выше этого уровня, то необходимо устраивать дренаж.

[принимают равными 5-20 м 3 (га*сут)]

B зимнее время сточную воду направляют только на резервные поля фильтрации. Так как в этот период фильтрация сточной воды или прекращается полностью или замедляется, то резервное поле фильтрации проектируют с учетом площади намораживания Fн (в м 2):

где Q - расход сточных вод, м 3 /сут; Tн - число дней намораживания; ? - коэффициент, характеризующий величину зимней фильтрации; hн и hо - высоты слоев соответственно намораживания и зимних осадков, м; ?л - плотность льда, кг/м 3 .

Биологические пруды

Представляют собой каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода.

Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией.

Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

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 .