Біологічні фільтри. Гончарук Є.І. Комунальна гігієна - файл n1.doc
У природних умовах натуральна вода очищається за допомогою природних фільтрів, якщо відсутній негативний вплив діяльності людини. У штучному домашньому водоймі, механізми природного очищення води, звичайно, теж працюють, але без зовнішнього втручання забезпечити в замкнутій Аквасистеми чисте довкілля для акваріумної живності дуже важко, а часом просто неможливо. Таким чином, біологічна фільтрація води потрібна кожному акваріуму.
У ряді видів очищення - механічна, хімічна, біологічна - акваріумний води біофільтрації є, на думку фахівців, найважливішою. З чим це пов'язано?
Справа в тому, що в акваріумі завжди знаходяться органічні відходи життєдіяльності риб і інших тварин, гниють залишки органіки. Розкладання відходів, а також, що видихаються рибами гази сприяють виділенню аміаку, який, розчиняючись у воді, не тільки змінює її властивості, а й погано впливає на здоров'я підводних мешканців.
Зі шкільного курсу хімії відомо, що аміак і деякі його сполуки (амоній, наприклад) є отруйними речовинами. Що стосується акваріумних рибок, то для них смертельна доза аміаку становить 0,2 мг / літр. Для багатьох риб максимальна допустима доза - 0,02 мг / літр, а й при такій концентрації особливо ніжна живність буде себе почувати не зовсім комфортно.
Отже, концентрація аміаку і його з'єднань в ідеалі повинна прагнути до нуля. Але як цього домогтися? Як прибрати токсична речовина, якщо воно розчинено в обсязі води?
Можна частково, і деякі акваріумісти вважають цей спосіб найкращим для зниження концентрації токсинів.
Але щоденні підміни робити не можна, так як кожна така маніпуляція - не тільки досить сильний стрес для акваріумних рибок, але і деяке порушення сформованого балансу домашньої водної екосистеми.
І ось тут на допомогу приходять корисні бактерії, які переробляють отруйний аміак в нітрати, які не є токсичними.
Таким чином, біологічний спосіб очищення води або біофільтрації має на увазі обов'язкову участь живих мікроорганізмів в процесі підвищення якості водного середовища.
Мікроорганізми самі по собі присутні в акваріумі: на стінках банки, на елементах декору, в воді. Вони, звичайно, нейтралізують частина азотистих з'єднань, але ця частина дуже мала. Необхідно зібрати велику колонію цих корисних бактерій в одному місці і створити постійний потік акваріумний води, що проходить крізь цю групу.
Тільки що в загальних рисах було розкрито принциповий пристрій аквариумного біофільтра.
Пристрій біофільтра і види фільтруючих матеріалів
В першу чергу необхідно відзначити, що приладів, які здійснюють тільки біологічну очистку акваріумний водного середовища, не існує. Всякий аквафильтр (зовнішній або внутрішній) забезпечує як мінімум два види очищення: механічну та біологічну. У деяких пристроях є ще і хімічний фільтруючий матеріал. Таким чином, біофільтр є складовою приладу, дуже важливою її частиною.
Мікроорганізми, переробні аміак, повинні мати можливість селитися на субстраті, через який прокачується акваріумна вода. Існує кілька типів подібного субстрату або наповнювачів для біофільтрів, які укладаються в спеціальні касети (відсіки).
поролоновий фільтр. Найпоширенішими матеріалами вважаються поролон і синтепон. Вони не тільки задовільно справляються з механічним очищенням Акви від твердих домішок, але і добре підходять для освіти колонії бактерій. Використовуються ці матеріали найчастіше під при невеликій робочій навантаженні.
Їх недоліком є швидке забруднення і закупорка пір матеріалу утворюється в ході фільтрації слизом.
Поролон треба часто промивати, і після цього процес утворення колонії мікроорганізмів починається заново.
Фільтр з біокераміки. У зовнішніх або, як їх ще називають, в якості наповнювача фільтруючих касет часто використовуються керамічні кільця або трубочки (біокераміка). Вони не тільки є чудовим субстратом для розселення корисних бактерій, але і добре розпилюють потік води, що несе з собою кисень. А без кисню, як відомо, все живе вмирає, в тому числі і бактерії.
Фільтр з пластикових елементов. У багатьох сучасних фільтруючих пристроях можна побачити такий наповнювач, як невеликі пластикові кульки з ребристою посіченою поверхнею. Що проходить через такий фільтр вода розбризкується, подаючи більше кисню працюючим мікроорганізмам.
скляний фільтр. Існує також такий вид фільтруючого елемента, як пористе скло, яке завдяки особливій технології виготовлення запікається певним чином. В результаті виходить чарункова структура, з якої потім роблять невеликі кульки (діаметром від 8 до 12 мм). Бактерії швидко заселяють подібний субстрат і успішно переробляють токсичні нітрати.
Сучасна промисловість випускає безліч біофільтрів з різноманітними наповнювачами кубічної, циліндричної, круглої форми, а також комбіновані варіанти, такі як, наприклад, пластмасові біошари з розташованої усередині губкою.
Огляд деяких популярних моделей
Фільтр Tetra EX
Німецька компанія Tetra давно зарекомендувала себе як виробник надійного акваріумного обладнання, включаючи фільтри. Прилади середнього класу Tetra EX забезпечують гідний рівень очищення в акваріумах ємністю від 60 до 500 літрів.
В якості наповнювача для биофильтрации застосовуються як керамічні кільця, так і біошари (в залежності від моделі).
Пристрої даної марки належать до систем нижньої подачі, і очищення води проводиться, коли вона під тиском надходить від низу до верху, проходячи через наповнювачі касетного типу.
Особливістю технічного пристрою є те, що перед включенням фільтра в мережу необхідно створити тягу потоку вручну і наповнити каністру водою. Для цього у верхній частині корпусу є кнопка підкачки.
JBL
Фірма JBL (Німеччина) спеціалізується на випуску енергозберігаючих фільтрів. Біологічне очищення в моделях лінійки JBL проводиться в біокерамічних наполнителях. Вода в прилад надходить зверху, опускається уздовж бічних стінок, проходячи передфільтр (механічної очистки), а потім під тиском піднімається нагору крізь біосубстратами. Підготовка системи до роботи здійснюється так само, як і в попередньому випадку.
Aquael
Польські каністровий фільтри марки Aquael користуються великою популярністю завдяки невисокій ціні і надійності. Якість фільтрації середнє.
Прилади лінійки Aquael здатні очищати воду в акваріумах ємністю від 100 до 700 літрів.
Так, система Unimax, розрахована на велику кількість води, має по дві втягують і випускні трубки. Цим досягається покращене перемішування водного середовища.
Колонія корисних мікроорганізмів, що знаходиться в наповнювачі (біошари або кільця з кераміки), отримує більше розчиненого кисню.
Ferplast
Не можна не зупинитися на італійських приладах. Надійні і безвідмовні системи від компанії Ferplast чудово зарекомендували себе в роботі. Вода в каністру надходить зверху вниз і після механічного очищення під тиском подається наверх, проходячи крізь картриджі з наповнювачем (застосовуються елементи біокераміки і різного ступеня пористості спеціальні губки). Прилади можуть працювати роками без протікання. Головне - вчасно обслуговувати фільтри, не порушуючи технології їх розбирання та збирання.
висновки
Діапазон моделей біофільтрів досить широкий. Але вибираючи той чи інший прилад, необхідно перш за все враховувати його продуктивність.
Фахівці вважають, що мінімальна продуктивність даного пристрою повинна бути не менше двох повних обсягів води в годину, а краще - 3-4 обсягу.
Тільки так можна зупинити процеси накопичення у водному середовищі небезпечних для риб токсинів. Наприклад, якщо є акваріум ємністю 120 літрів, то можна вибрати аквафильтр Aquael MiniKani 120 з продуктивністю прокачування води 350 л / год.
Що таке біологічний фільтр? Він має резервуар спеціальної форми, в якому очищаються стічні води із застосуванням біологічних матеріалів - оболонка з різних мікроорганізмів.
Під час очисних робіт відбувається постійна циркуляція повітря завдяки температурній різниці атмосфери і води, що очищається. Вентиляція є обов'язковою умовою підтримки життя - забезпечення мікроорганізмів киснем.
Класифікація біофільтрів
У біологічних фільтрах передбачені різні матеріали для завантаження. виділяють:
- Біофільтри з об'ємним навантаженням. Вони містять гірський щебінь, керамзит, гальку і т.д.
- Фільтри плоскою навантаження. Використовуються міцні пластмаси, що працюють в температурному діапазоні від 6 до 30 градусів.
По використовуваній технологічної схеми виділяють:
- Фільтри з двома ступенями очищення, які видають високоочищену воду. Їх застосовують при обмеженні висоти пристрою або при несприятливому кліматі.
- Біофільтри з одним ступенем очищення.
За ступенем очищення біофільтри бувають:
- з повним очищенням;
- з неповною очищенням.
Залежно від способу подачі повітря біофільтри діляться:
- з природною циркуляцією повітря;
- зі штучною повітряної подачею.
Розрізняють два режими роботи біологічних фільтрів:
- рециркуляційної - висококонцентрованих вода подається невеликими порціями для більш ефективного очищення;
- без рециркуляції - при низькому забрудненні води.
Залежно від пропускної здатності класифікуються на:
- краплинні - з малою пропускною здатністю;
- високонавантажувані.
Біофільтри з об'ємним навантаженням
Їх прийнято розділяти на:
- Краплинні, які характеризуються малою продуктивністю. Зернистість тіла завантаження буде 20-30 міліметрів при двометрової висоті шару.
- Високонавантажувані з розміром завантажувального матеріалу 40-60 міліметрів і чотириметровий шар.
- Баштові біофільтри мають велику висоту - 16 метрів, а зернистістю 40-60 міліметрів.
Біофільтри з плоскою завантаженням
- Жорстка навантаження забезпечується кільцями, частинами труб і подібними елементами. У бак засипають крихту з металу, кераміки або пластмаси. Їх щільність доходити до 600 кг / м 3, пористість матеріалів від 70%. Що очищає шар доходить до шести метрів.
- Жорстка навантаження з блочною або гратчастої навантаженням. Блоки виготовляють з азбестових листів (щільність до 250 кг / м 3, пористість від 80%, шість метрів завантаження) або деяких різновидів пластмас (щільність від 40 до 100 кг / м 3, пористість від 90%, фільтруючий шар до 16 метрів).
- Рулонний або м'яка навантаження створюється сіткою з металу, синтетичними тканинами, плівкою з пластмаси. Завантаження викладають рулонами або закріплюють на каркас. Щільність до 60 кг / м3, пористість від 95% при висоті завантаження до 8 метрів.
- Біофільтри для занурення - резервуари з увігнутим днищем. Диски з пластмаси, металу або азбесту монтуються вище рівня очищаються вод. Диски розташовані 10-20 міліметрів один від одного, їх діаметр - 06-3 метра. Вал обертається з частотою до 40 хв -1.
Засипна і м'яка навантаження використовується при максимальній витраті 10 000 м 3 / добу, блокова навантаження - 50 000 м 3 / добу. Занурювальні біофільтри ефективні при низьких навантаженнях.
Схема роботи фільтра Подача водної маси здійснюється краплинним або струменевим методом. Повітря проходить через дренаж фільтра або забирається з поверхні. Попередньо очищена стічна вода з невисокою концентрацією забруднень сама тече в розподільник, який порціями подає її на поверхню завантажувального маси. Далі вода йде в систему дренажу, а звідти на водні лотки за межами біологічного фільтра. У другому відстійнику видаляється біоплівка.
Краплинні біофільтри характеризуються низькою органічною навантаженням. Що б вчасно очистити тіло фільтра від мертвої біоплівки, використовують гідравлічну навантаження.
Повинно бути забезпечено рівномірний зрошення всієї завантаження біофільтра. Це необхідно для виключення виникнення підвищеної або зниженої гідравлічного навантаження.
Краплинні фільтри майже неможливо регулювати під зміни зовнішніх умов. При експлуатації стежать за показниками забрудненості і станом біофільтрів. Очищення завантаження має високу вартість - використовують повну її заміну. У биофильтр повинна надходити стічна вода з кількістю зважених часток менше 100 мг / л.
При експлуатації важливим є аерація фільтра. Концентрація кисню не повинна знижуватися за 2 мг / л. Необхідно забезпечити періодичну очистку порожнини під дренажем і над днищем.
Крапельний біологічні фільтри погано переносить взимку вітер. Для ефективної роботи передбачають протівоветровую захист. Неоднорідна навантаження призводить до заболочування фільтра, яка ліквідується заміною завантаження. Роботу порушують і сторонні предмети в завантажувальної масі і дозуючих баках.
високонавантажувані біофільтри
Цей тип фільтрів має підвищений повітрообмін і, відповідно, окислительную здатність. Забезпечується підвищений обмін повітря фракцією завантаження і підвищеної водонагрузкі.
Очищаються води рухаються з великою швидкістю і виносять трудноокісляемие речовини і відпрацьовану біоплівку. Кисень витрачається на решту забруднення.
Високонавантажувані біофільтри мають високий завантажувальний шар, підвищену зернистість дренажу і днище особливої форми для забезпечення штучної циркуляції повітря.
Промивання фільтра буде відбуватися тільки умовах постійного безперервного і високій подачі води.
Висота маси завантаження прямо пропорційна ефективності біофільтра.
До складу біологічних фільтрів можуть входити:
- тіло фільтра - фільтруюча завантаження, яка розташована в резервуарі, доступному для проникнення води. Наповнювачі (пластмаса, шлак, щебінь, керамзит і т.д.) повинні мати низьку щільність і підвищену поверхневу площу;
- пристрій для розподілу води, що дозволяє рівномірно зрошувати фільтруючу завантаження брудною водою;
- дренаж;
- пристрій розподілу повітря - подає кисень для окислювальних реакцій.
Окислювальні процеси в біофільтрах схожі з зрошенням полів або як в спорудах біологічної очистки, але інтенсивніше.
Схема роботи біофільтра Завантажувальна маса очищає воду від нерозчинених домішок, які залишилися після пройдених відстійників. Біоплівка сорбирует розчинену органіку. Мікроорганізми в біоплівки живуть за рахунок окислення органічних речовин. Так само частина органіки йде на збільшенні біомаси. Відбувається два ефективних дії: знищення непотрібної органіки з води і збільшення біологічної плівки. Потік стічної води забирає з собою змертвілу частина плівки. Кисень подається природним і штучним шляхом за допомогою вентиляції.
розрахунок біофільтрів
Розрахунок проводиться для пошуку ефективної товщини завантажувального маси і характеристик водорозподільного пристрої, фракції дренажу і діаметра лотків, відвідних воду.
Ефективний розмір завантажувального маси розраховують по окислювальному потужності - ОМ. ОМ - це маса необхідного кисню на добу. На неї впливає температура води і навколишнього середовища, матеріалу завантажувального маси, типу забруднення, способу повітрообміну і т.д. Якщо за рік середня температура менш 3 градусів, то биофильтр переносять в більш тепле приміщення з можливістю обігріву та п'ятикратної подачею свіжого.
Часто використовують наступний алгоритм:
- Визначають коефіцієнт К як твір БПК20 вхідної та вихідної води.
- З таблиць визначити висоту фільтра і допустиму гідравлічне навантаження, що залежить від среднезімніх температури навколишнього середовища і К.
- Загальна площа визначається діленням витрат вхідної води на гідравлічну навантаження.
високонавантажувані біофільтри
Для них існує точна методика розрахунку:
- Визначається допустима концентрація забруднення вхідної води: табличний коефіцієнт К множиться на БПК вийшла води.
- Розраховується коефіцієнт рециркуляції за спеціальною формулою. Він дорівнює частці двох різниць: БПК надходить стічної води мінус її допустима концентрація і допустима концентрація мінус БПК очищеної води.
- Для визначення площі фільтра береться добуток обсягу середньодобової подачі води, збільшене на 1 відношення рециркуляционного витрати до витрати стічної води і коефіцієнта з пункту 2. Всі ніжно розділити на допустиме навантаження і температуру.
Існують додаткові методи розрахунку біологічних фільтрів, які використовують складні формули і дають більш точні результати.
Схема вентиляції біофільтра Як уже згадувалося вище, біофільтри мають два способи подачі кисню: штучний і природні. Вид вентиляції залежить від кліматичних умов і типу фільтра.
Для високонавантажених біофільтрів використовують вентилятори з низьким тиском - ЕРЗ, ЦЧ. Аерофільтри потребують штучної вентиляції. При монтажі біофільтра в закритому просторі, так само передбачають примусову подачу повітря в нього.
Забезпечують постійну циркуляцію повітря, так як перерви можуть підняти температуру до 60 градусів і викликати погані запах від розкладання відпрацьованої біоплівки.
Біофільтр ефективно працює при температурі вище 6 градусів. Якщо вода буде меншою температури, то слід передбачити підігрів води, що подається.
Що б в зимовий час фільтр не переохолоджувався, встановлюють протівоветровую захист в вигляді купольного споруди та знижують коефіцієнт нерівномірності подачі стічних вод. Так само вводять обмеження по подачі холодного повітря: на квадратний метр за годину має подаватися тільки 20 кубічних метрів. В вентиляційні решітки вставляють жалюзі, екрани з тканинних матеріалів.
Товщина біоплівки впливає на рівновагу в фільтрі. Велика товщина може привести до припинення споживання кисню і почнеться гниття. Найбільш поширене в крапельних фільтрах.
Раніше вважалося, що природна подача кисню відбувається тільки завдяки різниці температур. Сьогодні доведено, що на природну вентиляцію впливають дифузні процеси під час окислювально-відновних реакцій.
Для початку необхідно розібратися з тим, що являє собою біологічний фільтр. Отже, біофільтр - це спеціальних резервуар, який забезпечує фільтрацію стічних вод за допомогою спеціального завантажувального матеріалу, покритого біологічної плівкою, що складається з колоній різних мікроорганізмів.
Слід зазначити, що безперервна вентиляція атмосферного повітря через завантаження фільтру можливо за рахунок різниці в температурах між стічними водами і повітрям. Саме так забезпечується той рівень концентрації кисню, який необхідний для життєдіяльності мікроорганізмів.
Які бувають біофільтри?
Однією з найважливіших складових частин біофільтра можна вважати завантажувальний матеріал. За його типу все біофільтри для очищення стічних вод можна розділити на:
1. Фільтри з об'ємним навантаженням (для них характерно широке використання щебеню міцних гірських порід, гальки, шлаку і керамзиту);
2. Фільтри з площинною навантаженням (в даному випадку необхідно застосування пластмас, які здатні витримувати температуру 6-30 градусів за Цельсієм, і при цьому не втратити свою міцність).
Також біофільтри можна класифікувати на:
1. Двоступінчаті, які можуть забезпечити високу ступінь очищення стічних труб в тому випадку, коли збільшити висоту пристрою неможливо;
2. Біофільтри з крапельним типом фільтрації. Хоч вони і володіють низькою продуктивністю, але саме цей вид може забезпечити повну очистку вод.
Для всіх біофільтрів, незалежно від їх конструкції, характерна наявність наступних складових частин:
1. Система фільтрів навантаження, яка також є тілом фільтра. Вона складається з щебеню, керамзиту, гравію, шлаку та пластику. Зазвичай вона поміщається в спеціальному резервуарі, стінки якого як водопроникність, так і водонепроникні;
2. водорозподільному пристрій, який забезпечує рівномірність зрошення стічними водами поверхні завантаження біологічного фільтра;
3. Дренажний пристрій, за допомогою якого відбувається видалення стічної води;
4. повітророзподільних пристроїв, яке забезпечує безперебійне потрапляння в систему біофільтра потоків повітря, за участю якого відбувається окислювальний процес.
Також кілька слів необхідно сказати і про біоплівки, яка сприяє розкладанню органічних речовин для їх подальшого використання в якості додаткового джерела енергії м харчування. Омертвевшая біоплівка в процесі подальшої експлуатації біофільтра відшаровується, змиває протікає стічною водою і надалі виноситься з обладнання для очищення стічних вод. Для того, щоб забезпечити завантаження біофільтра, до використання рекомендуються матеріали, що характеризуються високою пористістю, малою щільністю і високою питомою поверхнею. До них, в першу чергу, відносяться щебінь, шлак, керамзит, гравій, метал і різні пластикові сітки, які зазвичай скручують в спеціальні рулони. Також слід зазначити, що функції біоплівки ідентичні функціям активного мулу: вона успішно адсорбує і переробляє біологічні речовини, що знаходяться в стічних водах.
Механізм дії біофільтра
Після того, як стічні вода пройшли свою первинну механічну очистку в відстійнику, де видаляються важкі фракції забруднюючих речовин, вони потрапляють в секцію біологічної очистки. Вона здійснюється наступним чином: забруднена вода при проходженні через систему фільтрів навантаження залишає на ній все домішки, які не змогли утворити осад на рівні первинного відстійника. Також на ній залишаються різні колоїдні і розчинені органічні речовини, які сорбуються біологічної плівкою.
Далі колонії мікроорганізмів, які харчувалися речовинами органічного походження, отримують нове джерело енергії для продовження своєї життєдіяльності. Частина органічних речовин будуть використані мікроорганізмами як матеріал для збільшення їх чисельності. Так забезпечується одночасно і очищення стічних вод, і зростання чисельності мікроорганізмів в колонії. Кисень, без якого неможливий даний біохімічний процес, надходить в завантаження шляхом природної і штучної вентиляції фільтра.
На ефективність очищення стічних вод за допомогою біофільтра впливають такі чинники:
- Біологічна потреба в кисні (БПК) стічної води, яка проходить процес очищення;
- Природа забруднення речовин;
- Швидкість окислювальних реакцій;
- Інтенсивність дихання мікроорганізмів;
- Товщина використовуваної біоплівки;
- Склад речовин, що мешкають в біоплівки;
- Температура стічних вод, які проходять через біофільтр.
краплинні біофільтри
Даний вид біофільтрів характеризується тим, що стічна вода подається у вигляді крапель або струменів. Для забезпечення вентиляції повітря передбачені відкрита дах фільтра для очищення стічних вод і дренаж. Такий вид біофільтрів характеризується низьким навантаженням по воді.
Принцип роботи крапельних біофільтрів наступний: після проходження стічної води через первинний відстійник, вона освітлюється і надходить в розподільний пристрій, з якого вона періодично напускає на поверхню біофільтра. Вода, профільтрована за допомогою біофільтра, потрапляє в дренаж, звідки випливає до спеціальних відвідних лотків, розташованим за межами пристрою. Після цього вода потрапляє у вторинні відстійники, де відбувається відділення виноситься плівки від уже очищеної води.
Слід зазначити, що якщо зробити навантаження на поверхню біофільтра вище допустимої, то поверхня біофільтрів даного виду швидко замулюється, що призводить до погіршення їх роботи. Також краплинні біофільтри найчастіше проектуються круглої або прямокутної форми, із суцільними стінками і подвійним дном. Верхнє дно виготовляється у вигляді колосникових грат, а нижня є суцільним. Відстань між денами дорівнює 0,6 метрів, що дає можливість фахівцям періодично проводити огляд пристрою.
Високонавантажувані біофільтри (аерофільтри)
Головна відмінність даного виду біофільтрів від крапельних в першу чергу полягає в підвищеної окисної потужності. Вона в першу чергу обумовлена кращим обміном повітря і нездатністю завантаження замулюватися. Це досягається за допомогою використання спеціального завантажувального матеріалу з показником крупності, рівним 40-70 мм, а також збільшенням висоти роботи навантаження і її гідравліки.
Матеріалом завантаження найчастіше виступають антрацит, пісок, сланець, пемза, звичайних діаметр частинок яких коливається від 4 до 8 міліметрів. У напрямку потоку стічної води, яка піддалася обробці, біофільтри діляться на висхідні і низхідні. Фільтрування стічних вод досягається за рахунок рециркуляції допустимої суміші надходить і ціркуліруемой стічної води, яка подається в біофільтр.
Для чого використовується площинна завантаження в біофільтрах?
В першу чергу, вона забезпечує пропускну здатність біофільтрів, пористість якої збільшується до 70-90%. Слід зазначити, що біофільтр з площинною завантаженням найчастіше встановлюють в приміщенні. Також багато фахівців вже давно встановили, що якість очищеної води за допомогою біофільтра даного типу практично прирівнюється до якості очищеної стічної води, яка була досягнута за допомогою спеціальних установок, які забезпечують повне біологічне окислення з активним мулом.
У даного методу є один недолік: фільтрація стічних вод відбувається через необхідність 20-кратної рециркуляції. Це пояснюється тим, що постачання киснем здійснюється через насичення їм рідини в період зрошення завантаження біофільтра. Слід зазначити, що біофільтри з площинною навантаженням володіють великою продуктивністю і ефективністю, ніж інші види біофільтрів.
Біофільтри можуть працювати на повну і неповну біологічну очистку і класифікуються за різними ознаками, основним з яких є конструктивна особливість завантажувального матеріалу. За цією ознакою біофільтри діляться на біофільтри з об'ємною (гравій, шлак, керамзит, щебінь та ін.) І площинний (пластмаси, азбестоцемент, кераміка, метал, тканини та ін.) Завантаженням.
Біофільтри з об'ємною завантаженням поділяються на:
Краплинні, мають крупність фракцій завантажувального матеріалу 20-30 мм і висоту шару завантаження 1-2 м;
Високонавантажувані, мають крупність завантажувального матеріалу 40-60 мм і висоту шару завантаження 2-4 м;
Великий висоти (баштові), що мають крупність завантажувального матеріалу 60-80 мм і висоту шару завантаження 8-16 м.
Об'ємний завантажувальний матеріал має щільність 500-1500 кг / м 3 і пористість 40-50%.
Біофільтри з площинною завантаженням поділяються на:
З жорсткою засипної завантаженням. Як завантаження можуть використовуватися керамічні, пластмасові та металеві засипні елементи. Залежно від матеріалу завантаження щільність її становить 100-600 кг / м 3, пористість - 70-90%, висота шару завантаження - 1-6 м;
З жорсткою блокової завантаженням. Блокові завантаження можуть виконуватися з різних видів пластмаси (гофровані і плоскі листи або просторові елементи), а також з азбестоцементних листів. Щільність пластмасовою завантаження 40-100 кг / м 3, пористість 90-97%, висота шару завантаження 2-16 м; щільність асбоцементной завантаження 200-250 кг / м 3, пористість 80-90%, висота шару завантаження 2-6 м;
З м'якою або рулонної завантаженням, виконаної з металевих сіток, пластмасових плівок, синтетичних тканин (нейлон, капрон), які кріпляться на каркасах або укладаються у вигляді рулонів. Щільність такого завантаження 5-60 кг / м 3, пористість 94-99%, висота шару завантаження 3-8 м.
До біофільтра з площинною завантаженням слід віднести і заглибні фільтри (дискові і барабанні), які використовують для очищення побутових і виробничих стічних вод при витратах до 1000 м 3 / сут.
Існує велика кількість конструкцій біофільтрів, які ділять на біофільтри, що працюють з повною і неповною біологічним очищенням; з природною і штучною подачею повітря; з рециркуляцією і без рециркуляції стічних вод; на біофільтри одноступінчасті і двоступінчасті (рис. 6.9).
Двоступеневі біофільтри застосовуються в тому випадку, коли для досягнення високого ступеня очищення не можна збільшити висоту біофільтра.
Біоплівка виконує такі ж функції, як і активний мул. Вона адсорбує і переробляє органічні речовини, що знаходяться в стічних водах. Окислювальна потужність біофільтрів нижча за потужність аеротенків.
Мал. 6.9. Схема установки для очищення стічних вод біофільтрами:
а - одноступенева; б - двоступенева; 1 - первинний відстійник; 2 , 4 - біофільтри I і II ступенів; 3 - вторинний відстійник; 5 - третинний відстійник
На ефективність очищення стічних вод в біофільтрах впливають біохімічні, массообменниє, гідравлічні і конструктивні параметри. Серед них слід відзначити: БПК очищується стічної води, природу органічних забруднень, швидкість окислення, інтенсивність дихання мікроорганізмів, масу речовин, абсорбіруемих плівкою, товщину біоплівки, інтенсивність аерації, площа і висоту біофільтра, характеристику завантаження (розмір шматків, пористість і питому поверхню), фізичні властивості стічної води, температуру процесу і гідравлічне навантаження, інтенсивність рециркуляції, рівномірність розподілу стічної води по перетину завантаження, ступінь змочуваності біоплівки .
Краплинні біофільтри. У краплинному біофільтрі стічна вода подається у вигляді крапель або струменів. Природна вентиляція повітря відбувається через відкриту поверхню біофільтра і дренаж. Такі біофільтри мають низьке навантаження по воді - зазвичай 0,5 ... 2 м 3 на 1 м 3 об'єму завантажувального матеріалу в добу. Краплинні біофільтри рекомендується застосовувати при витраті стічних вод не більше 1000 м 3 / сут. Вони призначаються для повної біологічної очистки стічних вод.
Схема роботи крапельних біофільтрів наступна. Стічна вода, освітлена в первинних відстійниках, самопливом (або під напором) надходить в розподільні пристрої, з яких напускає на поверхню біофільтра. Вода, профільтрувати через товщу біофільтра, потрапляє в дренажну систему і далі по суцільному непроникному днищу стікає до відвідних лотків, розташованим за межами біофільтра. Потім вода надходить у вторинні відстійники, в яких виноситься плівка відділяється від очищеної води. При навантаженні по забруднень більше допустимої поверхню крапельних біофільтрів швидко замулюється і робота їх різко погіршується.
Краплинні біофільтри проектуються круглими або прямокутними в плані із суцільними стінками і подвійним дном: верхнім у вигляді колосникових грат і нижнім - суцільним. Висота междонном простору повинна бути не менше 0,6 м для можливості його періодичного огляду. Дренаж біофільтрів виконується із залізобетонних плит, покладених на бетонні опори. Загальна площа отворів для пропуску води в дренажну систему повинна становити не менше 5-8% площі поверхні біофільтрів. Щоб уникнути замулювання лотків дренажної системи швидкість руху води в них повинна бути не менше 0,6 м / с. Ухил нижнього днища до збірних лотків повинна бути не менше 0,01; поздовжній ухил збірних лотків (максимально можливий з конструктивних міркувань) - не менше 0,005. Стінки біофільтрів виконуються із збірного залізобетону або цегли і підносяться над поверхнею завантаження на 0,5 м. Найкращими матеріалами для засипки біофільтрів є щебінь, гравій і галька. Всі вживані для завантаження матеріали повинні задовольняти вимогам міцності і морозостійкості. Завантаження біофільтрів по висоті повинна бути однаковою крупності і тільки для нижнього підтримує шару висотою 0,2 м слід застосовувати завантаження розміром 70-100 мм. Біофільтри з крапельної фільтрацією мають низьку продуктивність, але забезпечують повну очистку. Гідравлічне навантаження їх дорівнює 0,5-3 м 3 / (м 2 × добу). Їх використовують для очищення вод 1000 м 3 / сут при БПК не більше 220 мг / л. Краплинні біофільтри експлуатуються в неопалюваних приміщеннях.
Високонавантажувані біофільтри. У Росії їх називають аерофільтрах, а за кордоном - біофільтрами високого навантаження. Відмінною особливістю цих споруд є більш висока, ніж у звичайних крапельних біофільтрах, окислювальна потужність, що обумовлено меншою заіліваемостью таких фільтрів і найкращим обміном повітря в них. Досягається це завдяки більшому завантажувального матеріалу і підвищеної в декілька разів навантаженні по воді. Підвищена швидкість руху стічної води забезпечує постійний винос затриманих трудноокісляемимі нерозчинених домішок і відмирає біоплівки. Вступник в тіло біофільтра кисень повітря витрачається в основному на біологічне окислення частини забруднень, що не винесених з тіла біофільтра.
Конструктивними відмінностями високонагружаемих біо-фільтрів є велика висота шару завантаження, велика крупність її фракцій і особлива конструкція днища і дренажу, що забезпечує можливість штучної продувки матеріалу завантаження повітрям. У закрите (обов'язково) междонном простір вентилятором подається повітря. На відвідних трубопроводах повинні бути передбачені гідравлічні затвори глибиною 200 мм. Особливостями експлуатаційного характеру є необхідність зрошення всієї поверхні біофільтра з можливо малими перервами в подачі води і підтримання підвищеного навантаження по воді на 1 м 2 поверхні фільтра (в плані). Тільки за цих умов забезпечується промивка фільтрів. Високонавантажувані біофільтри можуть забезпечити будь-яку задану ступінь очищення стічних вод, тому застосовуються як для неповної, так і для повної їх очищення на очисних станціях пропускною спроможністю до 50 тис.м 3 / добу. Вони працюють при гідравлічної навантаженні 10-30 м 3 / (м 2 · добу). Для кращого розчинення кисню виробляють аерацію. Обсяг повітря, що подається в біофільтр, не перевищує 16 м 3 на 1 м 3 стічної води.
баштові біофільтри мають висоту 8-16 м застосовуються для очисних станцій пропускною спроможністю до 50 тис.м 3 / добу при сприятливому рельєфі місцевості і при БПК повн очищених стічних вод 20-25 мг / л. У вітчизняній практиці вони поширення не отримали.
Біофільтри з площинною завантаженням. Біофільтри з площинною завантаженням мають широке поширення, включаючи заводське виготовлення завантажувального матеріалу або комплексу споруд невеликої пропускної спроможності. Їм властиві висока пропускна здатність стічних вод і зниження органічних забруднень, що перевищує пропускну здатність біофільтрів з об'ємною завантаженням в 3-8 разів. Біофільтри з площинною завантаженням компактні, надійні в експлуатації, не схильні до замулення, мають малу енергоємність. Як завантаження використовуються блокові, засипні і рулонні матеріали з пластичних мас, металу, азбестоцементу, кераміки, скла, дерева, тканин і ін. Висота шару завантажувального матеріалу 3-8 м, пористість 70-99%, питома площа поверхні 60-250 м 2 / м 3, щільність 10-250 кг / м 3.
До біофільтра з площинною завантаженням слід віднести і заглибні біофільтри, які використовують для очищення побутових і виробничих стічних вод при витратах до 1000 м 3 / сут. Диски виконують із пластмас, азбестоцементу або з металу; вони мають діаметр 0,6-3 м. Відстань між дисками 10-20мм, частота обертання валу з дисками 1-10 хв -1.
Існує біотенках-біофільтр (рис. 6.10). Він укладений в корпус з розташованими в шаховому порядку елементами завантаження, які представляють собою півциліндри діаметром 80 мм. Стічна вода надходить зверху, наповнюючи елементи завантаження, і через край стікає вниз. На зовнішній поверхні елементів утворюється біоплівка, а в елементах - біомаса, що нагадує активний мул. Насичення води киснем відбувається при русі рідини. Конструкція забезпечує високу продуктивність і ефективність очищення.
n1.doc
біологічні фільтри(Рис. 53) є спорудами, в яких процес біологічного очищення стічних вод протікає в штучно створених умовах. Конструюють біофільтри двох типів: періодичного(Контактного) і безперервної дії.Внаслідок малої потужності і високої вартості контактні біофільтри сьогодні не застосовують. Біофільтри безперервної дії за потужністю поділяють на краплинні і високона-жувати. За способом аерації, біофільтри влаштовують з природною і штучною (аерофільтри) аерацією. Окислювальна потужність біофільтрів (Кількість кисню в грамах, яке може бути отриманосім 3 фильтрующей завантаженняспоруди для зниження БПКз точки води) з природною і штучною аерацією приведена в табл. 25.Мал.53. Біологічний фільтр:
1 - дозуючий бак; 2 - сифон; 3 - спринклери; 4 - магістральна труба; 5 - розподільні
труби; 6 - дренаж з плиток; 7 - канали для надходження повітря в дренаж; 8 - завантаження фільтра
З шпача ^ іншого матеріалу) ", 9 - канал для відведення очищеної води
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТАБЛИЦЯ 25 Окислювальна потужність біофільтрів
| середньорічна температураповітря, "С | Окислювальна потужність на 1 м 3 завантаження, г / сут |
|||
| При розміщенні в опалювальних приміщеннях | Для відкритих біофільтрів І розміщених в неопалюваних приміщеннях |
|||
| біофільтри | аерофільтри | біофільтри | аерофільтри |
|
| доз понад 10 | 200 250 | 400 500 | 150 250 300 | 400 500 600 |
краплинні біофільтри- біофільтри, що діють безперервно. У зарубіжній практиці їх ще називають зрошувальними, або перколяторнимі. Краплинні біофільтри рекомендують проектувати пропускною здатністю не більше 1000 м 3 / сут. Вони призначені для повної біологічної очистки стічної води (до БПК 2 про 15 мг 0 2 / л). високонавантажувані біофільтри- біофільтри зі штучною аерацією. У вітчизняній практиці їх використовують з 1929 р під назвою аерофільтрів. У США такі біофільтри під назвою високонагружаемих з'явилися в 1936 р
Крапельний біофільтр має вигляд водонепроникного резервуара круглої,
квадратної або прямокутної в плані форми, виготовленого з залізобе
тони. Над цільним водонепроникним дном влаштовують дренаж, на який
насипають фільтруючий матеріал (гравій, щебінь і т. п.). Над цим шаром раз
розміщують розподільні пристрої. Поверхня крапельного біофільт
ра зрошується зверху рівномірно через невеликі проміжки часу. при
цьому стічна вода на поверхню фільтруючого матеріалу потрапляє в вигляді
крапель, струменя (краплинні або зрошувальні) або тонкого шару води (перколя-
уторовані). 1
У вітчизняній практиці в краплинні біофільтри вода надходить природним шляхом - зверху через відкриту поверхню біофільтра і знизу через дренаж. Краплинні біофільтри розраховані на низькі гідравлічні навантаження (не більше 0,5-1 м 3 стічної води на 1 м 3 фільтруючого матеріалу), а також менший в порівнянні з високонагружаемих біофільтрами розмір фракцій завантаження (20-40 мм).
Біофільтр працює наступним чином. Освітлена в первинних відстійниках стічна вода самопливом (або під тиском) надходить в розподільні пристрої, які періодично напускають воду на поверхню фільтруючого завантаження біофільтра. Проходячи через фільтруючу завантаження біофільтра, забруднена вода внаслідок адсорбції звільняється від зважених і колоїдних органічних речовин, які не затрималися в первинних відстійниках. На поверхні фільтруючого матеріалу внаслідок адсорбції утворюється плівка, інтенсивно заселена мікроорганізмами. Мікроорганізми біоплівки окислюють органічні речовини і отримують необ
Мал. 54. Схема очищення стічних вод з великими полями фільтрації: 1 - каналізаційний колектор; 2 - каналізаційний колодязь; 3 - решітка; 4 - пристрій для подрібнення; 5 - пісковловлювач; 6 - песковис майданчика; 7 - відстійник; 8 - метантенк; 9 - мулові майданчики; 10 - розподільчий колодязь; 11 - карта полів фільтрації; 12 - дренаж; 13 - біологічний ставок; 14 - випуск у водойму; 15 - використання води для технічних потреб; 16 - фільтруючий шар; 17 - грунтові води
Дімую для життєдіяльності енергію. Частина розчинених органічних речовин мікроорганізми використовують як пластичний матеріал для збільшення своєї маси. Отже, зі стічної води, яка фільтрується через завантаження біофільтра, видаляються органічні речовини, а в тілі біофільтра збільшується маса активної біологічної плівки. Відпрацьована і відмерла біологічна плівка змивається стічною водою і виноситься за межі біофільтра.
Стічна вода, профільтрована крізь товщу фільтруючого завантаження біофільтра, проходить через отвори (дренажі) в дірчастому дні, збирається на цільному водонепроникному днище, а звідти стікає по відвідним лотків, розташованим за межами біофільтра, і подається під вторинні відстійники. Там затримується біологічна плівка, яка виноситься з біофільтра разом з біологічно очищеної стічної водою. Ефект очищення біофільтрів такого типу може досягати по БПК 20 90% і більше.
поля фільтрації"Призначені виключно для повної біологічної очистки стічних вод. Це земельні ділянки, на яких відбувається розподіл і фільтрація через грунт стічних вод (рис. 54). Їх слід влаштовувати на пісках, супісках і легких суглинках. Тривалість відстоювання стічних вод перед подачею на поля фільтрації повинна становити не менше 30 хв.
Земельні ділянки під поля фільтрації повинні бути зі спокійним або слабо вираженим рельєфом з нахилом до 0,02. Їх слід розміщувати за течією ґрунтових вод нижче водозабірних споруд з міжпластовому водоносних горизонтів на відстані, яке повинно відповідати радіусу
Схеми полів фільтрації і зрошення докладно описані в монографії - Є.І. Гончарук, Г.І. Сидоренко, Т. М. Хруслова, В.І. Ципріян "Гігієнічні основи ґрунтової очищення стічних вод" (М: Медицина, 1976 г.).
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
Зони депресії навколо артезіанської свердловини, але не менше 200 м для легких суглинків, 300 м - для супісків і 500 м - для пісків.
Пр »розміщенні полів фільтрації вище течії грунтових вод, їх відстань до водозабірних споруд з міжпластовому водоносних горизонтів належить визначати з урахуванням гідрогеологічних умов і вимог санітарно-епідеміологічної служби. Чи не дозволяється влаштовувати поля фільтрації на територіях, що межують з місцями виклинювання водоносних горизонтів, а також при наявності тріщинуватих порід і карст, що не перекритих водотривких шаром.
поля зрошення (Рис. 55, 56, 57) призначені одночасно для очищення і утилізації стічних вод, як джерела вологи і поживних речовин, при вирощуванні сільськогосподарських культур.
Природні грунту, особливо на орних землях, заселені різною мікрофлорою, здатної в процесі харчування руйнувати, минерализовать і нітріфіціровать органічні речовини. Під час зрошення мікрофлора полів додатково збагачується значною кількістю мікроорганізмів, які вносяться зі стічними водами. Ці мікроорганізми енергійно розмножуються, так як стічні води безперервно доставляють живильні речовини, зволожують і зігрівають грунт. Завдяки цьому навіть "мертві" грунту під впливом зрошення стічними водами перетворюються в родючі. Потрапляючи в грунт, мікроорганізми адсорбуються, розмножуються і утворюють навколо кожної структурної частки суцільну біологічну плівку. На поверхні цієї плівки в свою чергу адсорбуються і в процесі життєдіяльності мікроорганізмів минерализуются розчинні органічні речовини стічних вод.
Мал. 55. Схема полів зрошення: 1 - магістральні і розподільчі канали; 2 - картовий "е зрошувачі; 3 - осушувальні канави;
4 - дренаж; 5- дороги
Мал. 56. Схема очищення стічних вод з землеробськими полями зрошення:
I - каналізаційний колектор; 2 - каналізаційний колодязь; 3 - решітка; 4 - пристосування
для подрібнення; 5 - вивезення відходів в місця загального знешкодження (вдосконалені полігони);
6 - пісковловлювач; 7 - майданчик для піску; 8 - відстійник; 9 - метантенк; 10 - майданчики для мулу;
II - розподільчий колодязь; 12 - карти землеробських полів зрошення; 13 - фільтруючий
шар; 14 - грунтові води
Мал. 57. Схема третинної очистки стічних вод з використанням великих полів зрошення: 1 - каналізаційний колектор; 2 - каналізаційний колодязь; 3 - решітка; 4 - пристрій для подрібнення; 5 - пісковловлювач; б - майданчик для піску; 7 - відстійник; 8 - метантенк; 9 - майданчики для мулу; 10 - аеротенк; 11 - вторинний відстійник; 12 - розподільчий колодязь; 13 - карти полів зрошення; 14 - дренаж; 15 - біологічний ставок; 16 - випуск у водойму; 17 - використання
Води для технічних потреб
Для успішного перебігу біологічної очистки на полях зрошення найбільш важливими є два фактори: 1) дотримання аеробних умов процесу за рахунок кисню повітря, що міститься в порах грунту; 2) відповідність кількості стічної води, яка подається на поля, здатності грунту до мінералізації. Кількість стічної води, яка подається одномоментно на поля, має відповідати влагоемкости грунту, яка виражається загальним обсягом заповнених повітрям пір грунту.
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
Розрахункова гідравлічне навантаження стічних вод на поля зрошення виражається в кубічних метрах стічної води на 1 га поля на добу. Вона змінюється, відповідно до СНиП 2.04.03-85, в залежності від здатності, що фільтрує грунту. Для полів зрошення, крім того, зрошувальна норма стічних вод обмежується інтересами вегетації рослин. Дихання кореневої системи не може відбуватися в умовах надмірної вологості, тому навантаження на поля зрошення зменшують удвічі в порівнянні з полями фільтрації.
Залежно від характеру грунту (легкі суглинки, супіски, піски), температурних умов і рівня залягання грунтових вод від поверхні землі ці норми навантаження можуть становити відповідно від 55 до 100 м 3 / га, від 80 до 150 м 3 / га і від 120 до 250 м 3 / га.
У районах, де середньорічна кількість атмосферних опадів коливається від 50 до 700 мм, гідравлічне навантаження на поля знижується на 15-20%; понад 70 мм, а також для I і IIIА кліматичного регіону - на 25-30%. При цьому більший відсоток зниження навантаження слід приймати на легких суглинних, а менший на піщаних ґрунтах.
Іноді площа полів зрошування (фільтрації) перевіряють на наморажіваніе стічних вод. Тривалість його розраховують, виходячи з кількості днів у році з середньодобовою температурою повітря нижче -10 ° С. Умови фільтрації стічних вод в цьому випадку визначаються з урахуванням коефіцієнта зниження величини фільтрації в період намораживания. Для легких суглинків цей коефіцієнт становить 0,3, для супісків - 0,48, для пісків - 0,55.
Поля зрошення (фільтрації) розбивають на карти. Площа однієї карти при механізованої обробці поля повинна бути не менше 1,5 га. У кожному разі розміри зрошувальних карт визначають залежно від рельєфу місцевості, спільної робочої площі полів, способу обробки. Відношення ширини карти до її довжині має становити від 1: 2 до 1: 4. При відповідному обгрунтуванні довжину карт можна збільшити.
Площа резервних карт обгрунтовують в кожному окремому випадку. Вона не повинна перевищувати корисної площі полів фільтрації, які проектуються в III-IV кліматичному районі, на 10%, в II - на 20% і в I - на 25%.
Розміри полів зрошування (фільтрації) збільшуються додатково для пристрою мереж, доріг, огороджувальних валків, зелених насаджень з розрахунку до 25% загальної площі полів фільтрації понад 100 га і до 35% - 1000 га і менше.
При полях зрошення (фільтрації) потрібно передбачити пристрій душової, приміщень для висушування спецодягу, відпочинку, прийому їжі персоналом. На кожні 75-100 га площі полів слід передбачити приміщення для обігріву персоналу, що обслуговує поля фільтрації.
Завдяки досвіду експлуатації (пристрої в 30-х роках XX ст.) Полів зрошення на чорноземах Харкова, Магнітогорська, за даними наукових агрохімічних досліджень Н.М. Велічкиной, була встановлена придатність цих грунтів для повної біологічної очистки стічних вод.
Разом з тим слід зазначити, що з часу появи в нашій країні перших полів зрошення стічними водами, значні зміни відбулися
РОЗДІЛII.САНІТАРНА ОХОРОНА ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ
І в методах первинної підготовки води і способи її застосування. У 60-х роках XX ст. значно зросли вимоги до охорони навколишнього середовища, особливо поверхневих водойм, від забруднення стічними водами. Через це стала обов'язковою попередня біохімічна очистка господарсько-побутових стічних вод штучними методами. Зрошення сільськогосподарських угідь біологічно очищеними стічними водами почали розглядати як метод доочистки (третинної) біологічно очищених стічних вод.
Для розширення масштабів застосування методів очищення побутових і промислових (виробничих) стічних вод в грунті розроблені різні методи їх первинної підготовки. Вибір таких методів, на думку багатьох дослідників, визначається початковим якістю стічних вод, способом зрошення грунту, кліматичними умовами, рівнем залягання грунтових вод та іншими факторами.
Крім попередньої підготовки стічних вод, розроблені і вдосконалені методи їх застосування, починаючи з повної заливки земельних угідь водами, зрошення за допомогою борозен, дощування, нарешті, підгрунтового зрошення.
З усіх способів зрошення найбільш прийнятним і безпечним в епідеміо-мілогіческом, санітарно-гігієнічному, агроекономічний і водогосподарському аспекті є підгрунтове зрошення. При застосуванні підгрунтового зрошення дотримується епідеміологічна безпека вирощуваних рослин, зменшується забруднення поверхневих водойм сполуками азоту і фосфору. Завдяки цьому усувається евтрофікація поверхневих водойм, поліпшується їх санітарний стан.
Використовуючи грунтові методи очищення побутових і промислових стічних вод, перш за все враховують гігієнічні показання, якість стічних вод, грунтово-кліматичні умови і економічні розрахунки. Доцільність зрошення стічними водами сільськогосподарських угідь визначається спеціалізацією сільськогосподарського виробництва і середньорічною кількістю атмосферних опадів на даній території.
В Україні рекомендовані зрошувальні норми основних сільськогосподарських культур (розроблені за нашої участі) відомчим нормативним документом Державного комітету України водного господарства "ВНД 33-3.3-01-98. Переробка міських стічних вод і використання їх для зрошення кормових і технічних культур". Залежно від погодних умов, потреби рослин, для запобігання гідравлічного зв'язку з грунтовими і міжпластові водами і попередження їх забруднення, зрошувальні норми для міських біологічно очищених стічних вод не повинні перевищувати 250-300 м 3 / га. У посушливий період рекомендовані в Україні норми зрошення для різного виду культур коливаються від 800-1000 до 2400-3000 м 3 / га в умовах лісостепу і від 700 до 7000 м 3 / га - південного степу.
Вплив біологічно очищених стічних вод на санітарний стан грунту і процеси її самоочищення в умовах зрошуваного землеробства нами
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
Вивчено в різних кліматично-географічних регіонах України - Київській, Харківській, Донецькій області, Криму. Дослідження показали, що зрошення грунтів Кримського регіону біологічно очищеними міськими стічними водами при дотриманні зрошувальної норми 3500 м 3 / га в рік, не призводить до порушення процесів самоочищення і значного мікробного забруднення ґрунту сільськогосподарських угідь. Кількість санітарно-показу-них мікроорганізмів, відсутність в досліджуваних пробах грунту життєздатних яєць геогельмінтов і сальмонел на тлі низьких титрів виділених кишкових вірусів, дозволили оцінити санітарний стан зрошуваних масивів як задовільний.
Додаткове добриво сільськогосподарських угідь мінеральними добривами активізує процеси самоочищення грунту від органічних речовин, внесених з біологічно очищеними стічними водами.
У той же час використання з цією метою тваринницького гною і осаду стічних вод на богарних і зрошуваних сільськогосподарських угіддях, сприяє збільшенню бактеріального забруднення ґрунту при зрошенні біологічно очищеними стічними водами. Сказане свідчить про необхідність додаткового знезараження тваринницького гною і осаду стічних вод перед використанням їх в якості добрива.
Майданчики підземної фільтрації (ППФ). В сільськогосподарської термінології полем зазвичай називають кілька гектарів земельної ділянки, що використовується для вирощування сільськогосподарських культур. Оскільки територія, яку відводять під місцеві очисні каналізаційні споруди, найчастіше вимірюється кількома десятками, рідше - сотнями квадратних метрів (до 1 га), то місцеві очисні споруди називають не полями, а майданчиками підземної фільтрації (зрошення).
Дослідженнями А.Г. Асланяна, Є.І. Гончарука, A.A. Роде, О. Ізраельсо-на показано, що в грунтах, де пристрій майданчиків підземної фільтрації (зрошення) можливо, постійне зволоження кореневої зони більшості сільськогосподарських рослин відбувається лише в тому випадку, якщо підземна зрошувальна мережа заглиблена не більше ніж на 0,65-1 , 0 м від поверхні землі. Отже, якщо зрошувальна мережа заглублена до 1,0 м від поверхні землі, такий вид споруд правильніше називати майданчиками підземного зрошення, а при заглибленні понад 1,0 м - ППФ. Вимоги до вибору і застосування ППФ залежать від: кількості стічних вод, що підлягають відведенню від населеного пункту або окремо розташованого об'єкта; фільтрує грунту; глибини залягання ґрунтових вод; температурних умов; середньорічної кількості атмосферних опадів і ін. Системи з ППФ влаштовують на об'єктах з водовідведенням від 1 до 25 м 3 / сут, тобто вони належать до місцевих очисних споруд малої каналізації. Різновидів схем з ППФ може бути як мінімум 5: з 1, 2, 3-камерними септиками, з уловлювачами жиру, нафтопродуктів, з перекачуванням стічних вод та ін.
Основним елементом системи з ППФ є підземна зрошувальна мережа. Під час проведення експертизи системи визначають: довжину підземної зрошувальної лінії, кількість таких ліній, площа земельної ділянки,
Мал. 58. Схема очищення стічних вод із застосуванням ППФ (продуктивність до 1 м 3 / сут
Побутових стічних вод): а- план; б- розріз; 1 - випуск з будинку; 2, 5 - каналізаційні колодязі; 3 - однокамерний
септик; 4 - підземна зрошувальна мережа
Мал. 59. Схема очищення стічних вод із застосуванням ППФ (продуктивність 1-3 м 3 / добу): 1 - випуск з будинку; 2,6 - каналізаційні колодязі; 3 - двокамерний септик; 4 - трійники на впускний і випускний трубі з септика; 5 - випуск з септика; 7 - розподільчий колодязь; 8 - підземна зрошувальна мережа; 9 - вентиляційні стояки або каналізаційні колодязі в кінці
зрошувальних дрен
Необхідного для пристрою системи. Підземну зрошувальну мережу краще влаштовувати з азбоцементних труб діаметром не менше 100-200 мм. Допускається зрошувальну мережу влаштовувати з керамічних і пластмасових труб. Можна також застосовувати зрошувальні лотки з цегли, бетону, текстолітового склоцементу, але не з дерева (рис. 58, 59).
При каналізування інфекційних відділень із застосуванням ППФ, крім обов'язкового знешкодження інфікованого осаду з септиків, необхідно дотримуватися таких умов: висота фільтруючого шару повинна бути не менше 3 м від лотка зрошувальних ліній, гідравлічне навантаження стічних вод - не перевищувати 15-20 л / сут на 1 м підземної зрошувальної мережі.
Довжину зрошувальної лінії визначають за формулою:
Де L - загальна довжина зрошувальної мережі (м); Q - загальне надходження стічних вод для очищення (м 3 / добу); q - гідравлічне навантаження стічних вод на зрошувальну систему (1 л на 1 м / сут; див. табл. 26).
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТАБЛИЦЯ 26 Навантаження стічних вод на ППФ в залежності від глибини найвищого рівня грунтових вод від лотка (СНиП 2.04.03-85) *, л / сут на 1 м зрошувальних труб
| Грунт | Середньорічна температура повітря, "С | глибина | рівня грунтових вод, м |
|
| 1 | 2 | 3 |
||
| Піски супіски | До 6 Від 6,1 до 11 Понад 11,1 Від 6,1 до 11 Понад 11,1 | 16 20 22 8 10 11 | 20 24 26 10 12 13 | 22 27 30 12 14 16 |
* Навантаження вказана для районів із середньорічним кількістю атмосферних опадів до 500 мм. Навантаження потрібно зменшувати: для районів із середньорічним кількістю атмосферних опадів 500-600 мм - на 10-20%; понад 600 мм - на 20-30%; для I кліматичного району і IIIА кліматичного підрайону - на 15%. Більший відсоток зниження слід враховувати для супіщаних, менший - для піщаних грунтів.
Кількість зрошувальних ліній в системі обчислюють за формулою:
Де n - кількість ліній у системі; L - загальна довжина зрошувальної мережі (м); 1 - довжина однієї лінії зрошувальної мережі (15-20 м).
Площа земельної ділянки, що відводиться під очисну споруду, розраховують за формулою:
Де а - відстань між окремими зрошувальними лініями (приймається за 2 м в пісках, 2,5 м - в супісках, 3 м - в суглинних грунтах).
Під ППФ спочатку риють котлован шириною 0,8-1,0 м. Відстань від його дна до найвищого рівня грунтових вод має бути не менше 1 м. Саме в цьому шарі грунту під дном котловану буде відбуватися біологічна очистка стічних вод. Площа під котлован розраховують за формулою: S = а Q / q. Довжину котловану приймають не більше 20 м, виходячи з довжини окремої зрошувальної лінії. Ширину його розраховують за формулою: b = S / 1. Для прискорення дозрівання споруди на дно котловану укладають 1-2 см гумусового шару грунту, далі - шар гравію товщиною 15 см. На гравій укладають асбестоце-цементної труби з пропилами на половину діаметра труби. Пропили роблять по всій довжині труби на відстані 150-200 мм одна від одної. Труби укладають пропилами вниз і з'єднують за допомогою муфт. Зазвичай зрошувальні лінії укладають паралельно на відстані аодна від одної, яке залежить від типу грунту. Нахил труб не повинен перевищувати 0,001 в піщаних грунтах. У супіщаних і суглинних грунтах укладання труб повинно бути горизонтальним. Можна укладати зрошувальні лінії радіально, тоді ве-
РОЗДІЛ І. САНІТАРНА ОХОРОНА ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ
Личина внутрішнього кута не повинна бути менше 30 °. При цьому лотки труб слід розміщувати на одному рівні. Найменша глибина укладання зрошувальної мережі - 0,5 м від рівня землі до верху труби. Якщо в систему з ППФ надходять стічні води лікарень, глибина від поверхні землі повинна бути не менше 1,0 м. У кінці кожної зрошувальної лінії обладнують вентиляційний стояк у вигляді вертикально розташованої азбестоцементної труби діаметром 100 мм, зануреної на дно котловану. Після укладання труб зрошувальну систему засипають гравієм на 1-2 см вище пропилов. На зрошувальні труби укладають 1-2 см поверхнево-рослинного (гумусового) шару ґрунту. Засипають котлован грунтом, починаючи з поверхневого шару. Територію ППФ бажано використовувати для вирощування технічних сільськогосподарських культур або трав.
Майданчики підземного зрошення (ППО).Під ППО мають на увазі зволожені через підземну зрошувальну мережу земельні ділянки, призначені для вирощування сільськогосподарських культур. Підземну зрошувальну мережу на таких ділянках укладають не глибше 0,6 м від поверхні землі.
Оскільки в практиці санітарно-технічного будівництва місцевих каналізаційних споруд найчастіше застосовують ППФ, то для зручності викладу матеріалу часто умовно майданчики підземної фільтрації і підземного зрошення називають майданчиками підземної фільтрації.
Майданчики підгрунтового (внутрігрядового) зрошення (ППО).Майданчики підгрунтового (внутрігрядового) зрошення є різновидом ППО. Вони призначені для повної біологічної очистки побутових і близьких до них за складом виробничих стічних вод (до 15-25 м 3 / добу). Обов'язковими складовими частинами цього виду споруд є септик і земельну ділянку, на якому укладається зрошувальна мережа. Оскільки майданчики підгрунтового зрошення застосовують для очищення невеликої кількості стічних вод і вони займають незначну площу, то, на нашу думку, їх правильніше називати ППО. Від ППО вони відрізняються більш поверхневим закладенням зрошувальних дренажних труб, які укладають на глибині 0,05-0,1 м від поверхні грунту. Відстань між зрошувальними лініями слід приймати в пісках 1,3, в супісках - 1,7 м. Над зрошувальними дренамі насипають гряди з місцевих ґрунтів висотою 0,2 м і шириною 0,6-0,8 м. На поверхні гряд вирощують сільськогосподарські культури . Д.Б. Пігута (1955) запропонував такий вид очисних споруд називати внутріпочвенного збільшити обсяги виробництва. Ми також вбачаємо в цьому певний сенс, тому що шар грунту до материнської породи іноді може займати кілька метрів. Зрозуміло, що в таких випадках втрачається сенс "зрошення" під шаром грунту.
Фільтруючі траншеї (ФТ).Системи ФТ з природним шаром грунту є різновидом ППФ. Вони відрізняються від останніх лише висотою шару підсипки під зрошувальної мережею. Якщо при влаштуванні ППФ висота підсипки грубозернистим матеріалом не перевищує 0,10-0,15 м, то в фільтруючих траншеях вона становить в піщаних грунтах мінімум 0,2-0,3 м,
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
У супіщаних - 0,3-0,4 м, а в суглинних - до 0,4-0,6 м. Такий шар підсипки дає можливість збільшити навантаження стічних вод в 1,5-2 рази. Біологічне очищення стічних вод на цьому типі споруд, як і на ППФ, відбувається в природному фільтруючому шарі грунту. Очищений в траншеях фільтрат надходить в потік грунтових вод. А.І. Василенко, який запропонував цей вид споруд, рекомендує називати їх високонагружаемих ППФ.
Серед різновидів ФТ з природним шаром грунту виділяють очисні споруди з примітивними ФТ. Їх особливістю є те, що на відміну від описаних вище, в таких спорудах траншеї в грунті закладають в'язками гілок (фашинами) і присипають незначним шаром грунту, витягнутої під час риття котловану.
Фільтруючі колодязі (ФК). У літературі, присвяченій санітарно-ті-хніческім і гігієнічних проблем водовідведення, не розмежовують поняття "всмоктує", "фільтруючий" і "поглинає" колодязі. Однак в цих спорудах існують відмінності, які впливають на процес очищення стічних вод та інші фактори.
Всмоктуючий колодязь (ВК)має вигляд вертикальної, довільних розмірів шахти з проникними стінками і дном, які не доходять до водоносного горизонту. Стічні води, що потрапили в такий колодязь або яму без будь-якої попередньої очистки, всмоктуються в ґрунт, забруднюючи її, а потім і грунтові води. На подібних "установках" навантаження стічних вод не нормується. Вони не підлягають попередній обробці в септику. Чи не обумовлено і відстань між дном колодязя і верхнім рівнем залягання грунтових вод. Зазвичай в ВК потрапляє така велика кількість стічних вод, що ні про які процесах їх біологічної очистки не може бути й мови.
Поглинаючий колодязь (ПК)- це яма, шахта або свердловина, дно якої доходить до водоносного горизонту. Стічні води, які надходять в такий колодязь без будь-якої попередньої очистки, проникають безпосередньо в потік грунтових вод, поглинаються і виносяться цим потоком. Навантаження на таких спорудах не нормується.
Фільтруючий колодязь (ФК),на відміну від всмоктуючого і поглинає, є апробованим спорудою каналізаційних систем, призначених для механічної та біологічної очистки незначної кількості (1-3 м 3 / добу) стічних вод (рис. 60). Вимоги до пристрою ФК визначені СНиПом 2.04.03-85 (пп. 6.195-6.197). Влаштовують їх лише після септика. Це своєрідний біологічний фільтр. Резервуар ФК проектують із залізобетонних кілець, вогнетривкої цегли або бутового каменю. Розміри в плані повинні бути не більше 2 х 2м, глибина - 2,5 м.
Нижче труби, по якій в ФК надходять відстоялися в септику стічні води, влаштовують донний фільтр заввишки до 1 м з щебеню, гравію, гранульованого або просіяного шлаку (з розміром зерен до 300 -500 мм), з водонепроникними стінками і дном, розташованим не ближче 1 м від найвищого рівня грунтових вод. У перекритті колодязя обов'язково встановлюють люк діаметром 700 мм і вентиляційну трубу діаметром 100 мм.
З метою збільшення термінів експлуатації ФК, підвищення ефекту очищення стічних вод, створення рассредоточенного розподілу стічної води в грунті використовують схеми, що передбачають пристрій декількох підземних зрошувальних ліній довжиною 8-10 м, які починаються від ФК на рівні його дна.
Розрахункова фільтруюча поверхня ФК визначається як сума площ дна і поверхні стін колодязя на висоту фільтра. Навантаження на 1 м 2 поверхні, що фільтрує приймається з розрахунку 80 л / сут в піщаних грунтах і 40 л / сут в супіщаних. У середньо- та крупнозернистих пісках, також при відстані від дна колодязя до верхнього рівня залягання грунтових вод більше 2 м, навантаження слід збільшувати на 10-20%. На 20% допускається збільшення навантаження на ФК при питомій водовідведенні понад 150 л / сут на одного жителя, а також на сезонних об'єктах.
Найпоширенішою і ефективною є схема, що складається з одно-, двокамерного септика і ФК, заповненого всередині фільтром висотою 1 м з крупнозернистого матеріалу. Така схема використовується при каналізова-ванні індивідуальних житлових будинків, дач, сільських аптек, амбулаторій, інших об'єктів з водовідведенням господарсько-побутових стічних вод до 1 м3 / добу.
Дослідження A.A. Кирпічникова, Г.І. Іванова та ін., Проведені в різні роки на території України, Росії та країн Балтії показали, що очисні споруди з ФК, побудовані за такою схемою, з дотриманням всіх сани-тарно-технічних вимог, забезпечують досить надійний високий ефект очищення побутових стічних вод в протягом 10-15 років.
Піщано-гравійні фільтри (ПГФ) і фільтруючі траншеї (ФТ) з штучним завантаженням фільтруючого шару грунту.По пристрою і способу очищення стічних вод ПГФ багато в чому нагадують площадки підземної
Мал. 61. Схема очищення стічних вод з ПГФ або ФТ (продуктивністю понад 3 м 3 / добу): 1 - септик; 2 - дозуючий пристрій; 3 - розподільчий колодязь; 4 - підземні зрошувальні труби; 5 - вентиляційні стояки на зрошувальних трубах; 6 - робочий фільтруючий шар; 7 - водозбірна дренажна мережа; 8 - хлораторна; 9 - Єршов змішувач; 10 - контактний резервуар; 11 - мулові майданчики; 12 - водойма
Фільтрації. Можливо, було б правильним називати їх штучними майданчиками підземної фільтрації. Однак в практиці санітарно-технічного-кого будівництва в нашій країні, країнах СНД і далекого зарубіжжя ці каналізаційні споруди називають піщано-гравійних фільтрами (СНиП 2.04.03-85, п.п. 6.192-6.194). ПГФ і ФТ (рис. 61) застосовують для біологічного очищення стічних вод при водовідведенні від об'єктів канализ-вання не більше 15 м 3 / сут. Їх пристрій проектують в водонепроникних і слабофільтруемих грунтах при найвищому рівні залягання ґрунтових вод не менше 1 м нижче лотка водовідвідної труби. Обов'язковим елементом системи з ПГФ (ФТ) є септик (одно-, дво- або трикамерний). Для збору очищеного фільтрату (біологічно очищеної води) після ПГФ (ФТ) влаштовують накопичувальний резервуар. З нього очищену стічну воду використовують для зрошення. Якщо біологічно очищену стічну воду скидають у найближче водоймище, це роблять з дотриманням вимог СанПіН 4633-88 і "Санітарних правил і норм охорони прибережних вод морів".
Залежно від умов місцевості (рельєфу), рівня залягання грунтових вод і ін. Застосовують кілька різновидів місцевих очисних систем з ПГФ.
При сприятливому рельєфі зі значним перепадом відміток (і = 0,08- 0,1) і глибокому заляганні грунтових вод влаштовують звичайні системи з ПГФ, в яких стічна вода рухається самопливом, а випускається по загальній водозбірної трубі або галереї, за допомогою відкритого лотка або галереї (в залежності від санітарної ситуації). Таку систему застосовують для очищення стічних вод до 3 м 3 / добу; при більшій кількості стічних вод схема передбачає застосування дозуючого пристрою.
При несприятливому рельєфі місцевості після ПГФ влаштовують накопичувальний резервуар з плаваючим насосом, куди подається очищена стічна
РОЗДІЛ II. САНІТАРНА ОХОРОНА ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ
Вода. З резервуара очищену воду відводять для зрошення або в найближчий яр. Після ПГФ можна влаштовувати інфільтраційний колодязь, доведений до рівня грунтових вод, з фільтруючим шаром піску не менше 2 м.
Для місцевостей з високим рівнем залягання грунтових вод проектним інститутом "Гіпролестранс" запропоновані системи з пристроєм ПГФ в насипному ґрунті. При цьому в схему очисних споруд включають дозирующую установку, а після септика - насос. Цим насосом стічну воду подають по напірного трубопроводу в ПГФ. Відводять очищену воду за вказаною вище принципом.
Залежно від місцевих умов можуть бути й інші комбінації схем. У деяких зарубіжних країнах практикують відведення очищеного фільтрату в свердловину, просвердлену до водопроникних порід в кінці загальної водозбірної труби. Спосіб економічний, але вимагає проведення додаткових досліджень для визначення санітарної надійності відведення очищеного в піщано-гравійному фільтрі фільтрату і переведення його в підземний потік.
Проектування піщано-гравійних фільтрів здійснюється одно- або двоступінчастими. В якості завантажувального матеріалу для одноступінчатих біологічних фільтрів допускається застосовувати крупно-і середньозернистий пісок, інші матеріали. При влаштуванні двоступеневих піщано-гравійних фільтрів для першого ступеня очищення можливе застосування гравію, щебеню, котельного шлаку і ін. З розміром частинок 70-100 мм. Для завантаження фільтра другого ступеня - таких же матеріалів, як і в одноступенчатом фільтрі.
Гідравлічне навантаження стічних вод на зрошувальні труби піщано-гравійних фільтрів і фільтруючих траншей, також потужність їх фільтруючого завантаження наведені в табл. 27.
Дані таблиці призначені для районів з середньорічною температурою повітря від 3 до 6 ° С. У районах із середньорічною температурою атмосферного повітря, що перевищує 6 ° С, гідравлічні навантаження збільшують на 20-30%. Їх також допускається збільшувати на 20-30% при питомій по-доотведеніі від об'єкта каналізування, що перевищує 150 л / сут на челове-
Ка. У районах із середньорічною температурою повітря нижче 3 ° С, навантаження знижують на 20-30%. Менші навантаження відповідають меншій висоті фільтруючого завантаження очисної споруди. Фільтруючі траншеї з штучним шаром грунту є конструктивною різновидом піщано-гравійних фільтрів (рис. 62). Принципові схеми їх ідентичні. Особливістю фільтруючих траншей є методи дистанційного розташування
ТАБЛИЦЯ 27 Навантаження стічних вод на зрошувальні труби ПГФ і ФТ (СНиП 2.04.03-85), л / м на добу
Мал. 62. Схема очищення стічних вод за допомогою фільтруючих траншей з штучним
Шаром грунту: 1 - випуск з будинку; 2 - септик; 3 - дозирующая камера; 4 - фільтруюча траншея; 5 - зрошувальна дренажна мережа; 6 - водозбірна мережу; 7 - випуск фільтрату; 8 - вентиляційні стояки
Фільтрів в окремих траншеях і менша робоча висота (від 0,6 до 0,8 м) штучного шару грунту. У той же час при влаштуванні піщано-гравійних фільтрів вона становить (СНиП 2.04.03-85) 1-1,5 м. Це має велике практичне значення, дає більш широкі перспективи для застосування траншей. Наприклад, при рельєфі зі слабо вираженим ухилом місцевості і високим рівнем залягання грунтових вод, піщано-гравійні фільтри влаштовувати не рекомендується, так як в цьому випадку слід проектувати насосні станції для перекачування очищених стічних вод. Необхідно передбачати додаткові заходи щодо зниження рівня грунтових вод і т. Д. Менша висота фільтруючого шару грунту позбавляє їх від цього недоліку. В якості завантажувального матеріалу в фільтруючі траншеї рекомендують використовувати крупно-і середньозернистий пісок, інші матеріали.
Дані по вибору очисних споруд малої каналізації в залежності від місцевих умов наведені в табл. 36.
Слід зазначити: якщо дозволяють кліматичні, гідрогеологічні умови, повинні бути перш за все застосовані майданчика (поля) підземної фільтрації.
