Материал: Гончарук учебник

Капельные биофильтры — биофильтры, действующие непрерывно. В за­ рубежной практике их еще называют оросительными, или перколяторными. Капельные биофильтры рекомендуют проектировать пропускной способностью не более 1000 м3/сут. Они предназначены для полной биологической очистки сточной воды (до БПК2о 15 мг 02/л). Высоконагружаемые биофильтры — био­ фильтры с искусственной аэрацией. В отечественной практике их используют с 1929 г. под названием аэрофильтров. В США такие биофильтры под назва­ нием высоконагружаемых появились в 1936 г.

Капельный биофильтр имеет вид водонепроницаемого резервуара круглой, прямоугольной или квадратной в плане формы, изготовленного из железобе­ тона. Над цельным водонепроницаемым дном устраивают дренаж, на который насыпают фильтрующий материал (гравий, щебень и т. п.). Над этим слоем раз­ мещают распределительные устройства. Поверхность капельного биофильт­ ра орошается сверху равномерно через небольшие промежутки времени. При этом сточная вода на поверхность фильтрующего материала попадает в виде капель, струи (капельные или оросительные) или тонкого слоя воды (перколя-

В отечественной практике в капельные биофильтры вода поступает естес­ твенным путем — сверху через открытую поверхность биофильтра и снизу че­ рез дренаж. Капельные биофильтры рассчитаны на низкие гидравлические на­ грузки (не более 0,5—1 м3 сточной воды на 1 м3 фильтрующего материала), а также меньший по сравнению с высоконагружаемыми биофильтрами размер фракций загрузки (20—40 мм).

Биофильтр работает следующим образом. Осветленная в первичных от­ стойниках сточная вода самотеком (или под давлением) поступает в распреде­ лительные устройства, которые периодически напускают воду на поверхность фильтрующей загрузки биофильтра. Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода вследствие адсорбции освобождается от взве­ шенных и коллоидных органических веществ, которые не задержались в пер­ вичных отстойниках. На поверхности фильтрующего материала вследствие адсорбции образуется пленка, интенсивно заселенная микроорганизмами. Мик­ роорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необхо-

301

Рис. 54. Схема очистки сточных вод с большими полями фильтрации:

1 — канализационный коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 — устройство для измельчения; 5 — песколовка; 6 — песковыс площадки; 7 — отстойник; 8 — метантенк; 9 — иловые площадки; 10 — распределительный колодец; 11 — карта полей фильтрации; 12 — дренаж; 13 — биоло­ гический пруд; 14 — выпуск в водоем; 15 — использование воды для технических нужд; 16 — фильт­ рующий слой; 17 — грунтовые воды

димую для жизнедеятельности энергию. Часть растворенных органических ве­ ществ микроорганизмы используют в качестве пластического материала для увеличения своей массы. Следовательно, со сточной воды, которая фильтрует­ ся через загрузку биофильтра, удаляются органические вещества, а в теле био­ фильтра увеличивается масса активной биологической пленки. Отработанная и отмершая биологическая пленка смывается сточной водой и выносится за пределы биофильтра.

Сточная вода, профильтрованная сквозь толщу фильтрующей загрузки био­ фильтра, проходит через отверстия (дренажи) в дырчатом дне, собирается на цельном водонепроницаемом днище, а оттуда стекает по отводным лоткам, рас­ положенным за пределами биофильтра, и подается во вторичные отстойники. Там задерживается биологическая пленка, которая выносится из биофильтра вместе с биологически очищенной сточной водой. Эффект очистки биофильт­ ров такого типа может достигать по БПК20 90% и более.

Поля фильтрации ' предназначены исключительно для полной биологи­ ческой очистки сточных вод. Это земельные участки, на которых происходит распределение и фильтрация через почву сточных вод (рис. 54). Их надлежит устраивать на песках, супесках и легких суглинках. Продолжительность отста­ ивания сточных вод перед подачей на поля фильтрации должна составлять не менее 30 мин.

Земельные участки под поля фильтрации должны быть со спокойным или слабо выраженным рельефом с наклоном до 0,02. Их надлежит размещать по течению грунтовых вод ниже водозаборных сооружений из межпластовых во­ доносных горизонтов на расстоянии, которое должно соответствовать радиусу

Схемы полей фильтрации и орошения подробно описаны в монографии — Е.И. Гонча­ рук, Г.И. Сидоренко, Т.Н. Хруслова, В.И. Циприян "Гигиенические основы почвенной очистки сточных вод" (М: Медицина, 1976 г.).

302

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

зоны депрессии вокруг артезианской скважины, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м — для супесков и 500 м — для песков.

Пр» размещении полей фильтрации выше течения грунтовых вод, их рас­ стояние до водозаборных сооружений из межпластовых водоносных горизон­ тов надлежит определять с учетом гидрогеологических условий и требований санитарно-эпидемиологической службы. Не разрешается устраивать поля фи­ льтрации на территориях, граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карст, не перекрытых водоупорным слоем.

Поля орошения (рис. 55, 56, 57) предназначены одновременно для очист­ ки и утилизации сточных вод, как источника влаги и питательных веществ, при выращивании сельскохозяйственных культур.

Природные почвы, особенно на пахотных землях, заселены различной ми­ крофлорой, способной в процессе питания разрушать, минерализовать и нит­ рифицировать органические вещества. Во время орошения микрофлора полей дополнительно обогащается значительным количеством микроорганизмов, ко­ торые вносятся со сточными водами. Эти микроорганизмы энергично размно­ жаются, так как сточные воды беспрерывно доставляют питательные вещест­ ва, увлажняют и согревают почву. Благодаря этому даже "мертвые" почвы под влиянием орошения сточными водами превращаются в плодородные. Попадая в почву, микроорганизмы адсорбируются, размножаются и образуют вокруг каждой структурной частицы сплошную биологическую пленку. На поверхнос­ ти этой пленки в свою очередь адсорбируются и в процессе жизнедеятельности микроорганизмов минерализуются растворимые органические вещества сточ­ ных вод.

Рис. 55. Схема полей орошения:

1 — магистральные и распределительные каналы; 2 — картовы'е оросители; 3 — осушительные канавы; 4 — дренаж; 5 — дороги

303

Рис. 56. Схема очистки сточных вод с земледельческими полями орошения:

I — канализационный коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 — приспособление для измельчения; 5 — вывоз отходов в места общего обезвреживания (усовершенствованные полигоны); 6 — песколовка; 7 — площадка для песка; 8 — отстойник; 9 — метантенк; 10 — площадки для ила; II — распределительный колодец; 12 — карты земледельческих полей орошения; 13 — фильтрующий слой; 14 — грунтовые воды

Рис. 57. Схема третичной очистки сточных вод с использованием больших полей орошения:

1 — канализационный коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 — устройство для измельчения; 5 — песколовка; б — площадка для песка; 7 — отстойник; 8 — метантенк; 9 — площадки для ила; 10 — аэротенк; 11 — вторичный отстойник; 12 — распределительный колодец; 13 — карты полей орошения; 14 — дренаж; 15 — биологический пруд; 16 — выпуск в водоем; 17 — использование воды для технических нужд

Для успешного течения биологической очистки на полях орошения наибо­ лее важными являются два фактора: 1) соблюдение аэробных условий процес­ са за счет кислорода воздуха, содержащегося в порах почвы; 2) соответствие количества сточной воды, подаваемой на поля, способности почвы к минера­ лизации. Количество сточной воды, подаваемой одномоментно на поля, долж­ но соответствовать влагоемкости почвы, которая выражается общим объемом заполненных воздухом пор почвы.

304

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Расчетная гидравлическая нагрузка сточных вод на поля орошения выра­ жается в кубических метрах сточной воды на 1 га поля в сутки. Она изменяется, согласно СНиП 2.04.03-85, в зависимости от фильтрующей способности почвы. Для полей орошения, кроме того, оросительная норма сточных вод ограничи­ вается интересами вегетации растений. Дыхание корневой системы не может происходить в условиях чрезмерной влажности, поэтому нагрузку на поля оро­ шения уменьшают вдвое по сравнению с полями фильтрации.

Взависимости от характера почвы (легкие суглинки, супески, пески), тем­ пературных условий и уровня залегания грунтовых вод от поверхности земли эти нормы нагрузки могут составлять соответственно от 55 до 100 м3/га, от 80 до 150 м3/га и от 120 до 250 м3/га.

Врайонах, где среднегодовое количество атмосферных осадков колеблет­ ся от 50 до 700 мм, гидравлическая нагрузка на поля снижается на 15—20%; свыше 70 мм, а также для I и IIIА климатического региона — на 25—30%. При этом больший процент снижения нагрузки следует принимать на легких су­ глинистых, а меньший на песчаных почвах.

Иногда площадь полей орошения (фильтрации) проверяют на наморажи­ вание сточных вод. Продолжительность его рассчитывают, исходя из количест­ ва дней в году со среднесуточной температурой воздуха ниже -10 °С. Условия фильтрации сточных вод в этом случае определяются с учетом коэффициента снижения величины фильтрации в период намораживания. Для легких суглин­ ков этот коэффициент составляет 0,3, для супесков — 0,48, для песков — 0,55.

Поля орошения (фильтрации) разбивают на карты. Площадь одной карты при механизированной обработке поля должна быть не менее 1,5 га. В каждом случае размеры оросительных карт определяют в зависимости от рельефа мест­ ности, общей рабочей площади полей, способа обработки. Отношение шири­ ны карты к ее длине должно составлять от 1:2 до 1:4. При соответствующем обосновании длину карт можно увеличить.

Площадь резервных карт обосновывают в каждом отдельном случае. Она не должна превышать полезной площади полей фильтрации, которые проекти­ руются в III—IV климатическом районе, на 10%, во II — на 20% и в I — на 25%.

Размеры полей орошения (фильтрации) увеличиваются дополнительно для устройства сетей, дорог, ограждающих валков, зеленых насаждений из расчета до 25% общей площади полей фильтрации свыше 100 га и до 35% — 1000 га и менее.

При полях орошения (фильтрации) нужно предусмотреть устройство ду­ шевой, помещений для высушивания спецодежды, отдыха, приема пищи пер­ соналом. На каждые 75—100 га площади полей следует предусмотреть поме­ щения для обогрева персонала, обслуживающего поля фильтрации.

Благодаря опыту эксплуатации (устройства в 30-х годах XX ст.) полей оро­ шения на черноземах Харькова, Магнитогорска, по данным научных агрохи­ мических исследований Н.М. Величкиной, была установлена пригодность этих почв для полной биологической очистки сточных вод.

Вместе с тем следует отметить, что со времени появления в нашей стране первых полей орошения сточными водами, значительные изменения произошли

305