Разработка и исследование эффективности экотехнологии очистки и обеззараживания сточных вод на канализационных очистных сооружениях п. Белый Яр

Подготовленную пробу наливают в 3 предварительно ополоснутые анализируемой водой склянки БПК5, заполняя их до краев. В одной из склянок сразу же фиксируют и определяют кислород.

Две другие склянки закрывают, помещают пробками вниз в заполненную дистиллированной водой фотографическую кювету или кристаллизатор и устанавливают в термостат. Склянки выдерживают в термостате в течение 5 суток в темноте при 200С без доступа кислорода. Потом в них определяют растворенный кислород.

В склянку с пробой вводят отдельными пипетками 1 мл. (при вместимости склянки до 150 мл.) или 2 мл. (при вместимости более 150 мл.) раствора хлорида (сульфата) марганца и 1 или 2 мл. щелочного раствора иодида калия. Пипетку каждый раз погружают до половины склянки и по мере выливания раствора поднимают вверх. Затем быстро закрывают склянку стеклянной пробкой, чтоб в ней не осталось пузырьков воздуха и тщательно перемешивают 15 - 20 кратным переворачиванием до равномерного распределения осадка в воде. Склянки с зафиксированными пробками помещают в темное место для отстаивания.

После того, как отстоявшийся осадок будет занимать менее половины высоты склянки, к пробе приливают 5 или 10 мл. раствора соляной кислоты.

Склянку закрывают пробкой, и содержание тщательно перемешивают. Отбирают 50 мл раствора (пипетку предварительно ополаскивают этим раствором), переносят его в колбу для титрования и титруют стандартным раствором тиосульфата натрия до тех пор, пока он не станет светло желтым. Затем добавляют 1 мл. свежеприготовленного раствора крахмала и продолжают титровать до исчезновения синего цвета.

Раствор хлорида (сульфата) марганца:

MnCl * 4H2O 210 г. или MnSO4 * 5Н2О 260 гр.

Дистиллированная вода 500 мл.

Щелочной раствор иодида калия:

KI 15 гр.

NaOH 50 гр.

Вода дистиллированная 100 мл.

Соляная кислота:

HCl конц. 340 мл

Вода дистиллированная 170 мл.

Раствор крахмала 0,5%:

0,5 гр. крахмала взбалтывают с 15 - 20 мл. дистиллированной воды. Суспензию постепенно приливают к 80 - 85 мл кипящей дистиллированной воды и кипятят еще 2 - 3 мин. После охлаждения раствора его консервируют добавлением 2 - 3 капель хлороформа.

Стандартный раствор тиосульфата натрия с концентрацией 0,02 моль/л эквивалента.

При использование стандарт - титра его растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе 500 мл, затем отбирают 50 мл полученного раствора, переносят в другую колбу и разбавляют до 500 мл дистиллированной водой.

Для приготовления стандартного раствора из навески 2,5гр. Na2S2O3 переносят в мерную колбу вместимостью 500 мл. и доводят объем до метки. В качестве консерванта добавляют 3 мл. хлороформа. Перед определением точной концентрации раствор выдерживают не менее 5 суток.

Определение точной концентрации тиосульфата натрия.

В колбу для титрования вносят 80 - 90 мл. дистиллированной воды, 10 мл стандартного дихромата калия, добавляют 1 гр сухого KI и 10 мл раствора HCl (2:1). Раствор перемешивают, выдерживают 5 мин в темном месте и титруют пробу раствором тиосульфата натрия до появления слабожелтой окраски. Затем добавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титровать до исчезновения синей окраски.

Повторяют титрование и, если расхождение между величинами объемов титра не более 0,05 мл за результат принимают их среднее значение.

Ст = Сд * Vд / Vт, где

Ст - концентрация дихромата калия, моль/л

Сд - концентрация дихромата калия, моль/л

Vд - объем дихромата калия, взятый для определения, мл

Vт - объем дихромата калия, пошедший на титрование, мл

2.3 Фотометрическое определение в водах нитритов с реактивом Грисса

Определяется в пробах поверхностных вод суши и очищенных сточных вод в диапазоне 0,01 - 0,3 мг/куб. дм. в перерасчете на азот. Если концентрация нитритного азота больше 0,3 мг/куб. дм. необходимо разбавление дистиллированной водой.

В основу определения положена способность первичных ароматических аминов, в частности сульфаниловой кислоты, давать в присутствии азотистой кислоты диазосоединения, которые вступая в реакции азосочетания, образуют интенсивно окрашенные азокрасители.

Оптическая плотность азокрасителя, полученного в реакции азосочетания с 1-нафтиламином определяют при =520 нм. Линейная зависимость между оптической плотностью растворов и концентрацией нитритов в перерасчете на азот сохраняется до 0,3 мг/ куб. дм.

Приготовление раствора реактива Грисса из готового препарата. В бюксе взвешивают на технических весах 10 г сухого растертого в ступке до однородной массы реактива Грисса и растворяют его в 100 куб. см. 12% раствора уксусной кислоты. Раствор фильтруют через бумажный фильтр. Хранят в склянке из темного стекла с притертой или полиэтиленовой пробкой в холодильнике не более недели. При комнатной температуре допустимо хранение не более двух суток.

Отбирают 25 куб. см. отфильтрованной анализируемой воды, помещают ее в сухую коническую или плоскодонную колбу вместимостью 50-100 куб. см., добавляют 1,5 куб. см. раствора реактива Грисса и тщательно перемешивают. Через 40 минут измеряют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре с зеленым светофильтром или спектрофотометре при л=520 нм относительно дистиллированной воды в кюветах длиной 1 или 5 см. в зависимости от содержания нитритов. Окраска полученных растворов устойчива не более 2 часов.

Одновременно с пробами выполняют холостой опыт, используя 25 куб. см. дистиллированной воды. Оптическую плотность холостого вычитают из оптической плотности проб.

Если анализируемая проба окрашена или слегка мутная, то отдельно измеряют относительно дистиллированной воды оптическую плотность пробы, к которой добавлено 1,5 см. куб. раствора сульфаниловой кислоты.

Вычислить результаты определения можно по формуле:

Концентрация нитритов = 0,305 х Х

Где Х - значение, полученное на КФК

Если исходная проба была разбавлена, то используют формулу:

См = С n

См - массовая концентрация нитритного азота в анализируемой пробе воды, мг/ куб. дм.

С - массовая концентрация нитритного азота, найденная по градуировочной зависимости, мг/ куб. дм.

n - степень разбавления исходной пробы воды.

2.4 Фотометрическое определение в водах аммиака и ионов аммония с реактивом Несслера

Отмеряют цилиндром 50 мл. отфильтрованной анализируемой воды, помещают ее в колбу вместимостью 100мл., приливают 1 мл. раствора сегнетовой соли, перемешивают, затем добавляют 1 мл реактива Несслера и опять хорошо перемешивают. Через 10 минут измеряют оптическую плотность проб на фотоэлектроколориметре с синим светофильтром (л = 440 нм) в кюветах с длинной поглощающего слоя 2 см. против дистилированной воды. Одновременно с серией проб анализируемой воды проводят определение в холостой пробе, в качестве которой берут 50 мл. безаммиачной воды. Оптическая плотность холостой пробы вычитают из оптической плотности анализируемой пробы.

Если массовая концентрация аммонийного азота в анализируемой пробе превышает 4мг/дм3, то для определения берут аликвоту меньшего объема и доводят объем до 50 мл безаммиачной водой.

Реактив Несслера (щелочной раствор тетраиодмеркурата калия) - если нет готового реактива:

КI 40 г.

HgI 57,5 г.

Вода дистиллированая 250 мл.

NaOH 6М 250 мл.

Все перемешивают и оставляют на несколько дней в темноте. Затем переливают в темную склянку.

Сегнетовая соль (раствор тартрата калия - натрия): 50 г. Kna…добавляют к 50 мл. дистиллированной воды при нагревании, затем фильтруют, добавляют 50 мл. NaОН и кипятят 30 мин для удаления следов NH, объем раствора доводят до 100 мл.

С NH4+= 4,67*Х,

где С NH4+ -концентрация ионов аммония, (мг/л),

Х - значение, полученное на КФК.

Значение характеристик погрешности и ее составляющих (Р= 0,95).

Диапазон определения концентрации NH4, мг/л (С)	Характеристики составляющих погрешности, мг/л	Характеристика погрешности, мг/л D
	Случайной s(D)	Систематической Dc
0,3-2,0	0,02	0,02	0,05
Свыше 2,0-4,0	0,04	0,08	0,11

2.5 Колориметрический метод определения нитратов с салициловокислым натрием

Метод основан на реакции нитратов с салициловокислым натрием в присутствии серной кислоты с образованием соли, нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет.

Чувствительность метода 0,1 мг/дм3 нитратного азота.

Определению мешают цветность воды. Влияние железа может быть устранено добавлением 8-10 капель раствора калия-натрия виннокислого перед выпариванием воды в фарфоровой чашке.

10 мл исследуемой воды помещают в фарфоровую чашку. Прибавляют 1 мл. раствора салицилово-кислого натрия и выпаривают на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл. концентрированной серной кислоты, тщательно растирают его стеклянной палочкой и оставляют на 10 мин. Затем добавляют 5-10 мл. дистиллированной воды и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 50 мл. Прибавляют 7 мл. 10н. раствора едкого натра, доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают. В течение 10 мин. после прибавления едкого натра окраска не изменяется. Сравнение интенсивности окраски исследуемой пробы производят фотометрическим методом, измеряя оптическую плотность раствора с фиолетовым светофильтром в кюветах с толщиной рабочего слоя 1-5 см. Из найденных величин оптической плотности вычитают оптическую плотность нулевой пробы и по калибровочному графику находят содержание нитратов.

Для приготовления стандартных растворов в колориметрические пробирки с отметкой на 10 мл. отбирают 0,0; 0,5; 1.O; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0. и 10 мл. рабочего стандартного раствора азотнокислого калия ( 1 . мл. -0,01 мг. N) и доводят дистиллированной водой до отметки. Содержание нитратного азота в растворах соответственно будет равно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 10,0 мг/дм3. Затем растворы переносят в фарфоровые чашки, прибавляют ПО 1 мл раствора салициловокислого натрия и выпаривают на водяной бане досуха. Сухой остаток обрабатывают так же, как описано при анализе пробы исследуемой воды. Оптическую плотность окрашенных растворов измеряют при помощи электрофотоколориметра, используя фиолетовый светофильтр и кюветы с толщиной рабочего слоя 1-5 см. Из полученных величин вычитают оптическую плотность нулевой пробы и результаты наносят на график.

Содержание нитратов (X) в. мг/л вычисляют по формуле в пересчете на нитратный азот

Х=С,

где С - содержание нитратов, найденное по графику, мг/дм3.

Характеристика погрешности (д): от 0,1 до 3,0 мг/дм3 - 0,18с мг/дм3;

св.3,0 до 10 мг/дм3 - 0,12с мг/дм3

2.6 Фотометрическое определение в водах фосфатов и полифосфатов

Соединения фосфора в природных водах представлены в виде ортофосфатов, полифосфатов и органических фосфорсодержащих соединений, причем преобладающей формой являются ортофосфаты. Повышение содержания фосфора свидетельствует о загрязнении водного объекта.

В водах соединения фосфора как минеральные, так и органические могут присутствовать в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Переход из одной формы в другую осуществляется сравнительно легко.

Концентрация фосфора в воде подвержена сезонным колебаниям, поскольку она зависит от интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического разложения органических веществ. Минимальные концентрации фосфора наблюдаются весной и летом, максимальные - осенью и зимой.

ПДК соединений фосфора в природных водах, для водных объектов рыбохозяйственного назначения - 0,2 мг/л. Для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения - 1,1 мг/л.

Отбор проб для определения фосфатов производится в соответствии с ГОСТ 17.1.5.05. Пробы помещают в стеклянную посуду, полиэтиленовая посуда допускается только при консервации пробы замораживанием.

Вследствие биохимической неустойчивости, соединения фосфора следует определять как можно быстрее после отбора пробы. Если анализ не может быть выполнен в течение 4 часов после отбора, пробу консервируют, добавляя 2 - 4 мл. хлороформа на 1 л. воды, и хранят при температуре 3 - 5 градусов Цельсия не более трех дней. Более длительное хранение возможно при замораживании пробы. Следует иметь ввиду, что использование консервации не дает гарантии полной сохранности проб.

При определении растворенных форм фосфора фильтрование проб осуществляют сразу после отбора пробы.

В коническую или плоскодонную колбу вместимостью 100 мл. помещают с помощью мерного цилиндра 50 мл. отфильтрованной анализируемой воды, добавляют 10 мл смешанного реактива и содержимое колбы хорошо перемешивают. Через 10 - 15 минут измеряют оптическую плотность раствора на спектрофотометре (л = 882 нм) или фотоэлектроколориметре (л = 670 - 750 нм) в кювете толщиной слоя 5 см. относительно дистиллированной воды. Одновременно выполняют определение фосфатов в холостой пробе, используя для этого 50 мл. дистиллированной воды. Если оптическая плотность пробы выше таковой для последней точки градуировочной зависимости, повторяют определение, отобрав пипеткой меньший объем анализируемой воды и разбавив ее в мерной колбе до 50 мл. дистиллированной воды. В термостойкую коническую или плоскодонную колбу вместимостью 250 мл. отбирают 100 мл. отфильтрованной анализируемой воды, содержащей не более 20 мг фосфора (или меньший объем доведенный до 100 мл. дистиллированной воды), прибавляют 2 мл. 34 % раствора серной кислоты. Колбу накрывают часовым стеклом и кипятят пробу 30 минут. После охлаждения в пробу добавляют 1 - 2 капли раствора фенолфталеина и нейтрализуют 10 % раствором гидрооксида натрия до появления бледно-розовой окраски индикатора. Следует избегать избытка щелочи. Далее пробу переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, при необходимости доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Если в пробе появился осадок, ее фильтруют через фильтр «белая лента», предварительно промытый горячей дистиллированной водой, подкисленной соляной кислотой. Первую порцию фильтрата отбрасывают. Отбирают 50 мл. пробы в коническую колбу вместимостью 100 мл. и определяют фосфаты. Концентрация ортофосфатов = 1,47 х Х, Где Х - показания на КФК

3. Результаты и обсуждения

3.1 Технология очистки и обеззараживания сточных вод методом корневой зоны и структура биоинженерной системы ОСК п. Белый Яр

Существующий в настоящее время комплекс очистных сооружений канализации (ОСК) в п. Белый Яр состоит из аэротенков (2 шт. по 400 куб.м) для очистки стоков активным илом, вторичных отстойников, контактных резервуаров и хлораторной для обеззараживания сточных вод гипохлоритом натрия, пруда площадью 2,2 га и иловых площадок. Способ обращения с осадком на иловых площадках в существующей технологии не рассматривается.

Выпуск сточных вод из пруда осуществляется в р. Кеть ручьем длиной около 500 м.

До 2001 года очистные сооружения эксплуатировались в проектном режиме. С выходом из строя воздуходувок аэротенки эксплуатировались в режиме горизонтальных отстойников. По этой же причине не производилось удаление осадка в течение последних 7 лет, т.к. по технологии перекачивание осуществляется эрлифтами.

Анализы проб сточных вод показывают, что эффект очистки на участке аэротенки-вторичные отстойники наблюдался только по гидравлически крупным примесям (песку), в пруду - по взвешенным веществам (на 80%), БПК (на 20-30%) и аммонию (только в летнее время на 3-5%). Анализ эффективности очистки в выпускном ручье к сожалению не проводился. Хлорирование неочищенных стоков обусловливало появление в составе загрязняющих веществ сточных вод опасных хлорорганических соединений.

В составе загрязняющих веществ в сточных водах п. Белый Яр присутствует также железо и хлориды в высоких концентрациях, доведение которых до нормативов известными аэробными биологическими методами не возможно. Однако в 2007 году при проведении наладочных работ на станции обезжелезивания практически достигнуты нормативы по железу для водоемов культурно-бытового использования (0,3 мг\л) и, тем самым, обеспечены условия для перевода участков ХВП котельных на бессточную технологию (с использованием антинакипинов).

Технология, реализованная в проекте, устарела, поэтому выполнение ремонта (замена неисправных воздуходувок, ремонт подающих трубопроводов) не может обеспечить современных требований к качеству очищенных сточных вод. Хлорирование недостаточно очищенных стоков значительно повышает их токсичность. Технология очистки сточных вод энергоемка.

Предлагается использовать энергосберегающую технологию очистки и безреагентного обеззараживания сточных вод constructed wetlands, адаптированную к природно-климатическим условиям Томской области.

На базе существующего комплекса аэротенков и отстойников рекомендуется выполнить систему (1) разделения загрязнений сточных вод на осадок и осветленные воды (с сохранением возможности восстановить в аэротенках систему аэрации), (2) стабилизации расхода и (3) его учета.

Для очистки осветленных стоков от растворенных загрязняющих веществ - использовать широко распространенную за рубежом и с 2001 года активно внедряемую на территории Томской области технологию очистки и обеззараживания сточных вод, основанную на методе корневой зоны высших водных растений.

Для подсушивания осадка на иловых площадках рекомендуется использовать плавающие растения (водный гиацинт) (см. рисунок 3.1), а для его переработки в торфо-органическое удобрение оборудовать участок компостирования.

Отсутствие затрат на энергию и реагенты, простота обслуживания, надежность, высокая эффективность и уникальная эстетичность системы очистки, органично вписывающейся в природный ландшафт делают указанную технологию привлекательной для потребителей.

Очистка сточных вод методом корневой зоны высших водных растений заключается в фильтрации осветленных на участке механической очистки сточных вод через слой пористой загрузки, на которой высажены гелофиты - полупогруженные в воду растения. Рост и движение корней растений предотвращают кольматацию загрузки, а корневые экзометаболиты существенно повышают очищающую способность микробиоценоза биопленки, формирующейся на поверхности частиц загрузки или грунта. Корневые выделения в совокупности с вторичными метаболитами микроорганизмов, потребляющих контаминанты сточных вод вызывают гибель кишечной микрофлоры, присутствующей в хозяйственно-бытовых стоках. Паразиты (яйца глист, ооциты и пр.) задерживаются на фильтрующей загрузке и погибают под действием ... Вирусы сорбируются биопленкой и …

Особенности ландшафта в районе размещения КОС и существующей системы водоотведения в п. Белый Яр позволяют использовать четырехступенчатую очистку осветленных стоков на биоинженерных сооружениях:

Фитокарта №1 площадью 4250 кв.м

Фитокарта №2 площадью 2000 кв.м

Фитопруд площадью 22 000 кв. м

Фитоканал длиной 500 м

Осадок сточных вод, основная масса которого (до 80%) скапливается в выполняющем функцию горизонтального отстойника левом аэротенке регулярно перекачивается на иловые площадки погруженным грязевым электронасосом. Легкая фракция взвешенных веществ, оседающая в правом аэротенке и вторичных отстойниках также удаляется на иловые карты.

Иловая площадка двухсекционная, общей площадью 600 кв. м. В зимнее время обе площадки работают на прием осадка.

В летнее время одна из секций ИП работает на прием осадка с участка мехочистки, другая - на подсушивание ила-сырца.

В начале лета на иловые карты высаживается рассада водного гиацинта, который за счет транспирации позволяет испарить в 7-10 раз больше воды, чем испаряется с открытой водной поверхности. Одновременно гиацинт выполняет функцию обеззараживания осадка и дезодорации воздуха.

В середине сентября с секции, на которой осадок подсушивался, его вместе с растениями перегружают экскаватором на одну из секций участка компостирования, где в течение 2-3 лет в смеси с торфом происходит его кондиционирование до состояния торфо-органического удобрения по ТУ 9849-010-00483470-93. Затем это удобрение используется для подкормки живой изгороди ОСК, устройства цветочных клумб и т.п.

1. Фитокарта №1 (ФК1) из двух параллельных секций (см. рис.3.2) длиной 125 м и шириной 17 м каждая в технологическом плане представляет собой комбинацию биоплато (в начале карты на длине 35 м) и ботанической площадки (90 м). Стоки поступают на фитокарту через рассеиватель, обеспечивающий равномерное распределение стоков по всей ширине секции (укладывается с круговой обсыпкой щебнем фракции 40-70). Первая четверть по длине фитокарты отсыпается щебнем фракции 40-70 в виде гребней высотой 25-30 см. В борозды между гребнями высаживается рогоз Затем щебнем гравийным фракции 5-25 отсыпается ботаническая площадка поперечными грядами шириной 3-3,5 м с междугрядьем 40-60 см. Толщина слоя мелкого щебня 20-30 см. В фильтрующую загрузку высаживается рогоз и тростник. Очищенная вода собирается через дрен, уложенный на конце карты с круговой обсыпкой щебнем фракции 40-70, и по трубопроводу направляются в выпускной колодец (ВК). Территория ФК1 находится в общей ограде с участком механической очистки, двухсекционной иловой площадкой и участком компостирования осадка. По периметру ФК1, ИП и УК формируется живая изгородь из свидины сибирской, аронии черноплодной.

2. Вторая фитокарта (ФК2) устраивается у пруда и представляет собой обвалованный глиной и ж\б ломом по берегу пруда участок площадью около 2000 кв м, на котором выполнены борозды и гребни из существующего грунта (путем вспашки глубиной до 35 см) и высаживается рогоз. С целью предотвращения доступа КРС на биоплато ФК2 защищается деревянной изгородью. Стоки на биоплато поступают через рассеиватель. Выпуск стоков из ФК2 осуществляется точечно, через устройство отбора проб и регулирования уровня заполнения ФК2 сточными водами. В зимнее время теплоизоляция корневой зоны и ее аэрация обеспечивается ледовым покрытием с воздушной прослойкой.

Перед началом выполнения земляных работ на ФК2 с целью отведения потока сточных вод с участка строительства устраивается траншея от выпускной трубы из ВК до пруда. Траншея имеет обваловку со стороны ФК1.

3. Пруд в настоящее время является единственным удовлетворительно работающим сооружением очистного комплекса (без учета выпускного ручья). В настоящее время он работает как биологический пруд. Известно, что в климатических условиях Томской области традиционные биопруды не обеспечивают нормативного качества очистки, т.к. восстановительные процессы преобладают над окислительными. Тем более, что самоочищающая способность биопруда ОСК п. Белый Яр значительно снижена поступлением в него в последние 10 лет высоких концентраций взвешенных веществ.

Недостатком существующей конструкции пруда является и отсутствие аэрации в зимнее время.

С целью насыщения сточных вод в пруду кислородом в морозный период в настоящей работе предлагается осуществлять выпуск стоков из пруда в ручей через устройство регулирования уровня заполнения пруда. Перед наступлением устойчивых морозов уровень пруда повышают на 20-25 см, перекрывая сброс, а после замерзания поверхности воды - возвращают уровень заполнения пруда на прежний уровень. Таким образом, между льдом и поверхностью пруда появляется слой воздуха, обеспечивающий естественную аэрацию, а также улучшающий теплоизоляцию стоков, т.к. теплопроводность воздуха существенно ниже теплопроводности льда. Для умеренного воздухообмена вод льду устраиваются несколько прорубей. Для поддержания льда в подвешенном состоянии в пруду устанавливают несколько опор из бетонного лома.

С целью ремедиации (излечения, восстановления его самоочищающей способности) пруда в вегетативный сезон предлагается производить высадку в него плавающих растений. В Томской области имеется опыт использования с такой целью водного гиацинта (Eichhornia crassipes). В 2003 году таким путем был очищен пруд-отстойник очистных сооружений п. Кисловка Томского района. В результате вода в отстойнике достигла нормативного качества для сброса в водные объекты рыбохозяйственного назначения. Урожай эйхорнии (30 т) был передан в свиноводческое хозяйство.

В пруд периодически (раз в 10-15 лет) поступают воды р. Кети. При этом прибрежный участок площадью около 2000 кв.м. также оказывается под водой (до 0,5 м). Тем не менее, существенного эффекта промывания пруда водами Кети нет. Анализ воды в пруду осенью 2007 года после затопления показал, что пруд заполнен стоками п. Белый Яр. Какого-то значимого разбавления сточных вод водами Кети не обнаружено.

Уровень воды в пруду выше уровня р. Кеть в летнюю межень на 3,5 м. Испарение с поверхности пруда составляет не более 8 тыс. куб.м. в год. Объем стоков, поступающих в пруд - 117 тыс.куб.м. в год. При этом уровень воды в пруду относительно постоянен. Следовательно, более 110 тыс.куб.м. в год поступает в р. Кеть и\или через естественный песчаный фильтр береговой зоны р. Кети на прилегающем к озеру участке, и\или имеется поверхностный сток в виде ручья.

С целью повышения самоочищающей способности ручья предлагается на участках замедленного стекания высадить рассаду тростника. Для контроля качества воды, поступающей в р. Кеть необходимо определить и обустроить точку отбора проб, маршрут к ней и выполнить здесь приямок для отбора воды на анализ в межень. В период половодья расчет концентраций загрязняющих веществ считать с учетом разбавления стоков водами Кети (как для рассеивающего выпуска).

3.2 Модернизация гидравлической системы ОСК

стоки очистка болотный экосистема

Внедрение технологии очистки обеззараживания сточных вод п. Белый Яр на основе метода корневой зоны требует соответствующего изменения существующей гидравлической схемы комплекса очистных сооружений и коммуникаций. Целью изменений является:

А) существенное снижение концентрации взвешенных веществ и плавающих примесей на выходе из ВО.

Б) выравнивание гидравлической нагрузки на БИС

В) упрощение процедуры удаления легкой фракции взвешенных веществ на иловые площадки

Г) упрощение очистки аэротенков от крупных примесей и песка

Д) обеспечение равномерного рассеивания сточных вод по площади фитокарт

Е) сохранение существующей системы коммуникаций для аварийного сброса.

Для этого предлагается:

Оборудовать имеющиеся переливные кромки (между аэротенками и вторичными отстойниками) полупогруженными досками. Плавающие примеси при этом будут локализованы в пространстве между кромкой и доской. Убираются сачком в контейнер для ТБО.

Очистку от взвешенных веществ осуществлять по многоступенчатой схеме: сточные воды из коллектора поступают в левый аэротенк, где оседают все гидравлически крупные примеси (песок, камешки) и около 80% взвешенных веществ. Из левого аэротенка верхний слой осветленной воды поступает в правый аэротенк и левый ВО. В правый ВО стоки поступают из правого аэротенка и левого ВО.

Перепуск стоков из одной емкости в другую осуществляется через гофрированный рукав, один из концов которого закреплен на поплавке, что исключает проскок плавающих примесей. Таким образом откачивание легкой фракции осадка на иловые площадки в основном требуется проводить из левого аэротенка. Плавающие примеси в основном задерживаются в левом ВО между переливной кромкой и полупогруженной доской.

Выпуск стоков из правого ВО в контактные резервуары осуществлять через сифон. В качестве резерва сохраняется выпускная труба, заборный конец которой устанавливаемая выше уровня трубы сифона.

4. С целью уменьшения объема земляных работ при подготовке котлована для ФК1 требуется поднять на максимально возможный уровень точку выпуска стоков из ПК3. Для этого на выпускной трубе ПК3 устанавливается стояк высотой от лотка. (см. рисунок 3.1)

Р УРУЗ

400 365

430

ВК

560

Рисунок 3.1 - Продольный профиль ФК1

Ширина по низу - 35-37 м

Длина по низу- 125 м

Уровень разделителя секций по верху - 365

Верх стояка УРУЗ - 365

Трубы Д 150

Продольный уклон днища карты - 0,002, т.е. конец карты ниже начала на 30 см.

Толщина отсыпка гребней и гряд - 25-30 см

5. Выпуск сточных вод в рассеиватель ФК1 осуществляется через стояк, врезанный в сбросной коллектор

6. С целью предотвращения проскока плавающих примесей в рассеиватель все стояки в резервуарах выполняются с полупогруженными муфтами.

3.3 Организация учета расхода сточных вод на основе сифонного выпуска и калибровочных колодцев

Технологическая схема участка механической очистки стоков ОСК п. Белый Яр обеспечивает высокую точность измерения расхода сточных вод за счет усреднения расхода и наличия устройств калибровки.

Расход определяется на основании замера уровня заполнения стоками вторичного отстойника, из которого осуществляется выпуск осветленных стоков на биоинженерную систему. В настоящий момент уровень заполнения измеряется линейкой. В дальнейшем планируется установка ультразвукового измерителя уровня с выводом данных на диспетчерский пульт.

Отведение осветленных стоков из правого ВО в КР1-КР3 осуществляется сифоном с заборным концом, закрепленном на поплавке. Такая конструкция выпуска исключает проскок плавающих примесей и забор осадка, а также существенно выравнивает скорость поступления стоков с участка механической очистки на фитокарты.

Выравнивание гидравлической нагрузки (и, соответственно, нагрузки по субстрату) на участок биологической очистки значительно повышает активность корневой микрофлоры и биопленки обрастания.

Сифон включается автоматически при заполнении правого ВО до уровня колена сифона.

Расход стоков через сифон определяется площадью минимального сечения рукава, длиной и разницей уровней заборного и выпускного концов. Площадь сечения сифона задается регулировочной струбциной, расположенной на рукаве, и на этапе наладки опытным путем подбирается так, чтобы исключить перерыв в сбросе осветленных стоков на биоинженерную систему при длительном (обычно в ночное время) перерыве в поступлении стоков из коллектора, и в дальнейшем не меняется.

Выпускной конец сифона представляет собой стальную трубу, т.е. длина его и положение конца постоянны. Поэтому расход сифона определяется только положением его заборного конца и является прямо пропорциональным разнице между максимальным (уровень колена) и фактическим уровнями заполнения вторичного отстойника. Поскольку заборный конец закреплен на поплавке, точно отслеживающим уровень стоков, то расход сифона определяется только степенью заполнения правого ВО. Таким образом измерение расстояния от уровня максимального заполнения аэротенка до поверхности воды позволяет точно определить фактический расход стоков.

Для проведения калибровки сифона используются колодцы ПК1 и ПК2, выпуск стоков из которых осуществляется через стояк. Внутренний диаметр колодцев - 100 см, соответственно площадь горизонтального сечения - 2*7850 кв.см. Таким образом, заполнение колодца при перекрывании выпускного стояка, например, на 10 см выше кромки стояка соответствует принятому объему 157 литров, на 20 см - 314 литров и т.д.

Калибровка сифонного выпуска осуществляется в следующей последовательности:

После отработки насосной станции ( в 13 ч):

1. Линейкой измеряют расстояние от метки максимального заполнения ВО до поверхности воды.

2. Устанавливают линейку на отметку кромки стояка в ПК2, чопом на шесте закрывают выпуск через стояк и включают секундомер.

3.Через 1 минуту вынимают линейку и чоп, по смоченной длине линейки определяют увеличение уровня заполнения колодцев, рассчитывают объем стоков, поступивших в калибровочные колодцы за 1 минуту.

Через 3 часа после подачи стоков в аэротенки насосной станцией (в 16 ч) описанная выше процедура повторяется.

Такая же процедура выполняется через 7 часов (в 20 ч) - определяются уровень в ВО и соответствующий расход.

Сечение сифона в настоящий момент отрегулировано так, чтобы обеспечить пропуск через сифон максимум 400 куб м в сутки. Калибровочные данные сифона представлены в таблице:

Уровень заполнения ВО относительно максимального, см	Расход, л\мин
0	400
-50	300
-100	200

На основании данных таблицы строится калибровочный график.

В дальнейшем процедура калибровки выполняется 1 раз в две недели.

Измерение расхода сточных вод осуществляется по графику до подачи стоков насосными станциями и после подачи (8 раз в сутки) путем замера уровня заполнения ВО и определения соответствующего ему значения расхода по калибровочному графику (рис. 3.2).



Рисунок 3.2 - Калибровочный график сифонного выпуска

Пример.

В 23.15 уровень заполнения ВО составил - 5 см. По калибровочному графику определяем соответствующий расход - 390 л/мин

В 7.45 уровень заполнения ВО составил - 125 см. По калибровочному графику определяем соответствующий расход - 150 л/мин.

С учетом линейной зависимости расхода от уровня определяем объем стоков, сброшенных из ВО на биоинженерную систему очистки за время от 23.15 до 7.45: 510 мин* (150 л\мин+390 л\мин)/2 = 137 700 л (137,7 м3).

Установка сифона в качестве устройства выпуска сточных вод их вторичного отстойника позволяет не только выравнивать гидравлическую нагрузку на БИС (см. рисунок 3.1), но и обеспечить контроль за фактическим дебетом стоков, т.к. расход через сифон прямо пропорционально связан с уровнем стоков в гидравлически связанных емкостях аэротенков и ВО. Простое измерение этого уровня легко пересчитывается в расход. Для калибровки сифона используются емкости двух промежуточных колодцев (ПК1 и ПК2) диаметром 100.

Подача стоков на КОС осуществляется двумя насосными станциями в 08 ч, 12 ч, 20 ч и 22 ч в течение одного часа. Средний объем стоков за сутки составляет 320 куб.м.

Стоки поступают в течение 4-х часов с расходом 80 куб м в час

Средний часовой расход должен быть 13,3 куб.м или 220 л/мин.

Площадь блока аэротенки-отстойники составляет 254 м2, за один час сброса КНС (80 куб м) уровень повышается на 31 см. (без учета работы сифона), а с учетом - на 26 см.

Массовая установка квартирных водосчетчиков населением и, в связи с этим, устранение течей и других факторов нерационального использование воды, привела к существенному снижению дебета стоков на ОСК. Месячный мониторинг показал, что максимальный суточный приход стоков не превышает 108 куб.м, минимальный составляет 50 куб.м. Средний суточный расход - около 80 куб.м. Поэтому сечение сифона отрегулировано таким образом, чтобы обеспечить пропуск через сифон максимум 115 куб.м. в сутки.

Размер участка, выделенного для устройства фитокарт мал для обеспечения нормативного уровня очистки по всем показателям. Поэтому третьей ступенью очистки необходимо дополнить водоприемник стоков - пруд. С целью интенсификации очистки предлагается использовать плавающие растения.

Имеющийся выпуск сточных вод из пруда в реку Кеть ручьем имеет смысл обустроить с целью использовать самоочищающую способность водотоков.

Отходами предлагаемой технологии являются подсушенный осадок сточных вод и сухая масса растений. Предлагается использовать их в качестве сырья для производства торфо-органического удобрения (компоста, например по ТУ 9849-010-00483470-93). Выбросами технологии являются углекислый газ и воздушные массы с фекальным запахом, выбросы автотранспорта и техники, используемой при перегрузке осадка с ИП на участок приготовления компоста.

Углекислый газ, выделяющийся при аэробном окислении органических веществ микрофлорой в течение всего года, а также выброс автотранспорта утилизируется высшей водной растительностью за вегетационный период.

Источниками фекального запаха являются отстойники, иловая площадка и участок стекания осветленных стоков. Отсутствие принудительной аэрации значительно снижает выброс воздуха с фекальным запахом из аэротенков. В зимнее время поверхность указанных объектов изолирована от окружающего воздуха ледовым и снежным покровом. В летний сезон для дезодорации указанных объектов используется высшая водная растительность: на биоплато и ботанической площадке - камыш, рогоз, тростник, на иловой площадки - водный гиацинт. Эти растения выполняют одновременно и функцию обеззараживания стоков и иловой массы.

С целью более полной изоляции очистного комплекса от селитебной зоны по периметру участка стекания предполагается выполнение «живой изгороди» из ивы росистой (шелюга сибирская), свидины белой (сибирской) и аронии черноплодной, обладающей фитонцидным действием.

3.4 Мероприятия по снижению сброса хлоридов

Доочистка сточных вод в фитопруду выполняется с помощью водного гиацинта (Eichhornia crassipes). Это эффективный испаритель воды, т.к. коэффициент транспирации гиацинта составляет 11-15, т.е. гиацинт в 11-15 раз больше испаряет влаги, чем испаряется с открытой водной поверхности. Высокое содержание хлоридов негативно воздействует на водный гиацинт.

Причиной высокого содержания хлоридов в сточных водах является сброс регенерационного раствора поваренной соли с участков химводоподготовки (ХВП) котельных. Содержание хлорида натрия в сточных водах ХВП составляет 80 000 мг\л. Такая концентрация является недопустимой для биологической очистки. Поэтому необходимо разработать нормативные требования к качеству сточных вод, принимаемых в систему канализации п. Белый Яр, где по хлоридам должна быть указана ПДК для природных водоемов (300 мг/л). Такой документ («Допустимые величины показателей (ДВП) сточных вод, принимаемых в систему канализации п. Белый Яр») разрабатывается предприятием, обслуживающим систему водоотведения населенного пункта и утверждается главой поселения.

На основании утвержденных ДВП следует предъявить требования к теплоснабжающей организации обеспечить нормативные величины показателей (по хлоридам) сточных вод.

В случае неисполнения указанных требований возможно использование системы штрафов.

Так как ООО «Кетский водоканал» в 2007 году успешно выполнил наладку станции обезжелезивания, обеспечивая содержание железа в воде менее 0,5 мг/л, то в настоящий момент в п. Белый Яр имеется возможность реализовать бессточную технологию водоподготовки для теплоснабжения. Для этого используется обработка воды для котлов комплексонами .Замена традиционной технологии на реагентную обработку комплексонами уменьшает затраты на химводоподготовку в 12-14 раз. При этом 0,5 тонны комплексона заменяет вагон поваренной соли. При этом практически исключается кислотная промывка котлов, удлиняются сроки их службы.

Например, реагент ИОМС (ТУ 2415-124-1660872-96) в дозе менее 5 г. на кубометр обрабатываемой воды позволяет снизить как капитальные, так и эксплуатационные затраты, обеспечивает безнакипный режим работы для воды практически любого качества при температурах до 120°С и уменьшает коррозию в 2-4 раза. Перевод котельной на бессточную технологию не только снизит сброс загрязняющих веществ в р. Кеть, но и позволит снизить тариф на тепловую энергию.

ВЫВОДЫ

В соответствии с техническим заданием на курсовую работу проведен экологический анализ существующей системы обращения со сточными водами п. Белый Яр и разработана технологическая схема очистки сточных вод. Литературные данные показывают, что эта технология хорошо работает при температуре до +4 С°, однако для наших условий требуется разработать дополнительные меры:

1. Обеспечить теплоизоляцию в морозный период и более равномерный расход сточных вод.

2. С целью обеспечения возможности использования в технологии водного гиацинта провести мероприятия по снижению концентрации поваренной соли в сточных водах за счет перевода котельных с. Белый Яр на бессточную технологию химводоподготовки.

3. Существующий комплекс и особенности ландшафта, позволяют модернизировать ОСК на основе метода корневой зоны высших водных растений. Для этого емкости аэротенков используются в качестве отстойников, а биоочистка обеспечивается на двухступенчатых фитокартах, в фитопруду и в выпускном фитоканале.

3. С целью обеспечения безотходности технологии существующий комплекс дополнен участком компостирования осадка. Осадок, сброженный в смеси с фитомассой, удаленной с ботанических площадок и пруда представляет собой ценное органоминеральное удобрение.

4. Технология позволяет производить точный учет сброса сточных вод, как путем визуального контроля уровня заполнения вторичных отстойников, так и с использованием автоматических уровнемеров с выводом данных на компьютер диспетчера.

5. Предложенная схема модернизации обеспечивает при необходимости возможность восстановления системы аэрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды // Издательство “Высшая школа”. -1978. - 271 с.

2. Земцов В.А., Мезенцев А.В. Болото Западной Сибири: их роль в биосфере.- Томск СибНИИТ, 1998.- 80 с.

3. Изучение и оценка технологического режима работы ОСК, находящихся в эксплуатации, п. Белый Яр. Томской области: отчет о НИР / Новосибирский водоканал; рук. Гл. инженер Багаев . Ю.Г.; исполн.: ведущий инженер Быков. А.И. -Н., 1992.-14 с.

4. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема // научное издание Института водных проблем Российской академии наук. -1992. -256 с.

5. Anderson. В.С. 2004. Monitoring spatial and temporal variations of phosphorus within a cold climate subsurface flow constructed wetland. р. 60.

6. Bergen S.D. and J.L. Fridley. 1994. (Re)Defining Forest Engineering. Presented at the 1994 ASAE Annual International Meeting. Paper No. 947516. ASAE, 2950 Niles Rd., St. Joseph, MI 49085-9659 USA.

7. Berry W. 1987. Home Economics. North Point Press, San Francisco. 146 p.

8. Cairns J., Jr. 1996. Determining the Balance Between Technological and Ecosystem Services.In: Engineering within ecological constraints, P. C. Schulze (ed.), National Academy Press,Washington, DC. p. 12-30.

9. Craig S Campbell Constructed Wetlands in the Sustainable Landscape // WILEY.-1987.- р. 265.

10. Christos S. 2006. Effect of temperature, HRT, vegetation and porous media on removal efficiency of pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetlands. р. 108.

11. Costanza R. 1994. Three general policies to achieve sustainability. In: Investing in NaturalCapital: The Ecological Economics Approach to Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island Press, Washington, DC. p. 392-407.

12. Costanza R. 1996. Designing Sustainable Ecological Economic Systems. In: Engineering within ecological constraints, P. C. Schulze (ed.), National Academy Press, Washington,DC. p. 82-99.

13. Dougherty J.M. 2001. Treatment variability for wetland wastewater treatment

design in cold climates. р. 11.

14. Ehrlich P.R. 1994. Ecological economics and the carrying capacity of Earth. In: Investing in Natural Capital: The Ecological Economics Approach to Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island Press, Washington, DC. p. 38-56.

15. Jacques Brisson. 2006. Artificial aeration to increase pollutant removal efficiency of constructed wetlands in cold climate. р. 666.

16. Jan Vymazal. 2005. Removal of nutrients in various types of constructed wetlands. р.65.

17. Jari Koskiaho. 2002. Retaining agricultural nutrients in constructed wetlands experiences under boreal conditions. р. 102.

18. Ehrlich, P. R. 1994. Ecological economics and the carrying capacity of Earth. In: Investing in Natural Capital: The Ecological Economics Approach to Sustainability, A. Jansson, M. Hammer, C. Folke, and R. Costanza (eds.). Island Press, Washington, DC. p. 38-56.

19. Joan Garcia, Ecological Engineerinq 25 // Effect of key design parameters on the efficiency of horizontal subsurface flow constructed wetlands. -2005. - р. 405-418 .

20. Herman, R. 1996. A Perspective on the Relationship Between Engineering and Ecology. In:Engineering within ecological constraints, P.C. Schulze (ed.), National Academy Press, Washington, DC. p. 66-80.

21. Holling, C. S. 1996. Engineering Resilience versus Ecological Resilience. In: Engineering within ecological constraints, P.C. Schulze (ed.), National Academy Press, Washington, DC. p. 32-45.

22. Lemons J. and L. Westra. 1995. Introduction. In: Perspectives on Ecological Integrity,L. Westra and J. Lemons (eds.). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands. p. 1-11.

23. Sherwood C. 1993. Subsurface Flow Constructed Wetlands For Waste Water Treament. A. Technology A ssessment. United States Enviromental Agensi Protection / EPA 832-R-93-008.

24. Pete Munoz. 20 June 2006. Flow patterns of dairy wastewater constructed wetlands in a cold climate. р. 53.

25. Protection U.S. Army Corps of Engineerinq. 2000. Gulding Principles For Constructed Treatment Wetlands. 41 р.

26. Robert Bastian . 1999. Free Water Surface Wetlands for Wastewater Treatment. 24 р.

27. Robert H. Kadles. 2008. Tretment wetlands/second edition. 1001 p.

28. Robert L. Knight. 2004. Constructed Treatment Wetlands Treatmends.EPA 843-B-00-003.

29. Shrader Frechette, K. 1994. Ethics of Scientific Research. Rowman and Littlefield, Lanham, MD. 243p.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Сокращение слов, часто употребляемых в библиографическом описании документов, на русском языке

Слово	Сокращение
аэротенк биоинженерная система биологическая потребность в кислороде выпускной колодец вторичный отстойник допустимые величины показателей дренажный колодец иловая площадка контактный резервуар крупно-рогатый скот очистные сооружения очистные сооружения канализации промежуточный колодец твердые бытовые отходы участок компостирования осадка фитокарта химическая водоподготовка	АТ БИС БПК ВК ВО ДВП ДК ИП КР КРС ОС ОСК ПК ТБО УК ФК ХВП

Размещено на Allbest.ru