Стабилизационные пруды для отходов ( WSP или стабилизационные пруды или лагуны для стабилизации отходов ) — это пруды, спроектированные и построенные для очистки сточных вод с целью снижения содержания органических веществ и удаления патогенов из сточных вод . Это искусственные углубления, ограниченные земляными сооружениями. Сточные воды или «приток» поступают с одной стороны стабилизационного пруда для отходов и выходят с другой стороны как «выход», проведя несколько дней в пруду, в течение которых происходят процессы очистки.
Стабилизаторы отходов используются во всем мире для очистки сточных вод и особенно подходят для развивающихся стран с теплым климатом. [2] Они часто используются для очистки сточных вод и промышленных стоков , но также могут использоваться для очистки городских стоков или ливневых вод . Система может состоять из одного пруда или нескольких прудов в серии, каждый пруд играет свою роль в удалении загрязняющих веществ . После очистки стоки могут быть возвращены в поверхностные воды или повторно использованы в качестве воды для орошения (или регенерированной воды ), если стоки соответствуют требуемым стандартам для стоков (например, достаточно низкие уровни патогенов ).
Стабилизаторы отходов включают естественные процессы очистки, которые требуют времени, поскольку скорость удаления низкая. Поэтому требуются большие площади, чем для других процессов обработки с внешними затратами энергии. Стабилизаторы отходов, описанные здесь, не используют аэраторы. Высокопроизводительная технология лагун, которая использует аэраторы, имеет гораздо больше общего с процессом активного ила . Такие аэрируемые лагуны используют меньшую площадь, чем требуется для традиционных стабилизационных прудов, и также распространены в небольших городах. [3]
_(11116683716).jpg/1280px-Traitement_des_Eaux_us%C3%A9es_de_l%E2%80%99agglom%C3%A9ration_du_Grand_Agadir_-_Station_M%E2%80%99zar_-_Traitement_secondaire_(bassin_de_lagunage)_(11116683716).jpg)
.jpg/1280px-R%C3%A9utilisation_%C3%A0_Attaouia_effluent_utilis%C3%A9_(11323854204).jpg)
Сточные воды и многие виды промышленных сточных вод содержат органические вещества. Если сточные воды сбрасываются неочищенными в поверхностные водоемы (например, реки и озера), их органические вещества служат пищей для микроорганизмов, живущих в поверхностных водах. Эти организмы используют органические вещества для выработки энергии для своего роста и размножения. Это происходит посредством их дыхания , при котором они преобразуют органические вещества в углекислый газ и воду. Эти стабильные компоненты не вызывают проблем с загрязнением воды. Поэтому это часто называют «стабилизацией» органического вещества. [ необходима цитата ]
Однако эти организмы используют кислород в своем дыхании, тем самым снижая концентрацию кислорода в поверхностных водах. Это одна из основных проблем загрязнения воды , которая может повлиять на биоту поверхностных вод , включая рыбу. [4] [5]
Стабилизаторы отходов воспроизводят эти биологические явления до того, как они произойдут в принимающей поверхностной воде и вызовут проблемы загрязнения из-за потребления кислорода. Пруды принимают сточные воды и, посредством естественных процессов, аналогичных тем, которые происходят в поверхностных водах, осуществляют стабилизацию органических веществ внутри них, как часть обработки. Вот почему они получили название стабилизаторов отходов. [6]
Реакции происходят при совместном участии нескольких микроорганизмов, живущих в пруду. Органическое вещество измеряется как биохимическая потребность в кислороде (БПК). Значения БПК в сточных водах пруда ниже, чем в приточных, что отражает удаление органических веществ. Этот биом пруда использует органические вещества из сточных вод в качестве пищи. [ необходима цитата ]
Питательные вещества преобразуются в клеточный материал и энергию для жизненных процессов, включая размножение и рост живых клеток. Некоторые из этих живых клеток будут потребляться организмами на более высоких трофических уровнях в пруду. В прудах наиболее важной группой микроорганизмов являются бактерии , которые используют большую часть органического вещества из сточных вод, но также потребляют кислород. [ необходима цитата ]
Водоросли — еще одна важная группа микроорганизмов. Они не зависят от органического материала из притока. Вместо этого они осуществляют фотосинтез , в ходе которого они производят органическое вещество для собственного потребления и, что очень важно, они выделяют кислород. Избыток выделяемого кислорода поддерживает дыхание, осуществляемое аэробными организмами в пруду. Атмосферный кислород также растворяется в жидкости, что помогает поддерживать аэробный слой на поверхности пруда. [ необходима цитата ]
Концентрация кислорода в столбе жидкости меняется: вблизи поверхности концентрации высоки и поддерживают рост аэробных организмов. Вблизи дна пруда проникновение солнечного света низкое, и, таким образом, фотосинтетическая активность снижается. Это приводит к тому, что там концентрация кислорода низкая. Наконец, внутри отложений в нижнем слое кислорода нет вообще. Здесь органическое вещество удаляется путем пищеварения, осуществляемого анаэробными организмами . [6]
.jpg/1280px-Anaerobic_treatment_pond_(6910359715).jpg)
Патогены могут быть эффективно удалены в прудах стабилизации отходов. Процесс в основном основан на прудах созревания для удаления патогенов, хотя некоторое удаление также происходит в других прудах системы. Чем больше прудов в серии, тем эффективнее удаление патогенов. [ необходима цитата ]
Удаление патогенных бактерий и вирусов происходит в основном путем инактивации. Патогены инактивируются в результате сложного взаимодействия механизмов, включающих pH (значение pH в прудах высокое из-за фотосинтеза водорослей), температуру, ультрафиолетовое излучение, присутствующее в солнечном свете, который достигает поверхности пруда, и фотоокислительные реакции, использующие высокие концентрации растворенного кислорода. [7] [8]
Простейшие патогены присутствуют в сточных водах в форме цист или ооцист. Гельминты (черви) присутствуют в форме яиц. Простейшие и гельминтные патогены могут быть удалены с помощью механизма осаждения. [8] Очень высокая эффективность удаления может быть достигнута, особенно если пруды-дозреватели являются частью системы очистки. В этом случае конечный сток пруда может соответствовать рекомендациям Всемирной организации здравоохранения по орошению очищенными сточными водами (или « регенерированной водой »). [9] Однако ил (осадок) из прудов может быть сильно загрязнен яйцами гельминтов, которые могут выживать даже после нескольких лет хранения ила внутри пруда. [10]
Стабилизационные пруды для отходов состоят из искусственных бассейнов, включающих один или несколько рядов анаэробных, факультативных или созревательных прудов. [11] Наличие или отсутствие кислорода варьируется в зависимости от трех различных типов прудов, используемых последовательно. Анаэробные стабилизационные пруды для отходов содержат очень мало растворенного кислорода, поэтому преобладают анаэробные условия. Второй тип пруда, факультативные стабилизационные пруды, поддерживают аэробную поверхностную среду обитания над анаэробной бентической средой обитания. [12] Созревательные пруды предлагают аэробные условия повсюду, от поверхности до дна.
Основные конфигурации прудовых систем: [4] [13]
Если присутствует анаэробный пруд, часть взвешенных твердых частиц из сточных вод оседает, тем самым удаляя органические вещества ( БПК ), внесенные этими твердыми частицами. Кроме того, часть растворенных органических веществ удаляется анаэробным сбраживанием . На втором этапе в факультативном пруду большая часть оставшегося БПК удаляется в основном гетеротрофными бактериями, которые получают кислород из фотосинтеза, осуществляемого водорослями. Основная функция третичной стадии в прудах созревания заключается в удалении патогенов, хотя она также может способствовать снижению содержания питательных веществ (например, азота ). [12] Однако фиксация азота водорослями, живущими в системах стабилизационных прудов, может повысить уровень азота в стоках стабилизационных прудов. [6]
Анаэробные пруды принимают неочищенные сточные воды . Они имеют меньшую площадь поверхности по сравнению с факультативными прудами и также более глубокие (обычно от 3,0 до 5,0 м). Глубина снижает влияние производства кислорода фотосинтезом, что приводит к анаэробным условиям. В зависимости от нагрузки и климатических условий эти пруды способны удалять от половины до двух третей поступающего БПК. Это значительно снижает нагрузку органического вещества, которое поступает в факультативные пруды, и, таким образом, уменьшает их требуемый размер. [4] Анаэробные стабилизационные пруды имеют недостаток, заключающийся в потенциальном выбросе зловонных газов. Это особенно касается сероводорода с запахом тухлых яиц, если в системе есть эксплуатационные проблемы. [14]
Первый прудовой биом в серии прудов-стабилизаторов перерабатывает гниющие твердые частицы, взвешенные в очищаемых сточных водах. Анаэробные пруды позволяют твердым частицам оседать на дне в виде ила. Это осаждение удаляет часть твердых частиц органического материала. [14] Большая часть осевших твердых частиц будет скапливаться вблизи точки, где сточные воды попадают в пруд. Поэтому анаэробные пруды должны быть спроектированы так, чтобы быть намного глубже, чем аэробные или факультативные пруды. Глубина снижает уровень кислорода, поэтому анаэробные бактерии могут эффективно переваривать отходы. [14] Анаэробные пруды содержат анаэробные организмы, которые способны расщеплять сложные органические отходы на основные соединения, которые менее вредны для окружающей среды. [15] Поскольку анаэробные организмы могут процветать только при теплых температурах, анаэробные пруды не подходят для умеренного или холодного климата. [ необходима цитата ]
Ил скапливается на дне анаэробных прудов и его необходимо удалять каждые несколько лет. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-Facultative_pond_(6898412198).jpg)
Факультативные стабилизационные пруды, которые принимают неочищенные сточные воды, называются первичными факультативными прудами. Если они принимают сточные воды, которые уже были очищены в анаэробных прудах, они называются вторичными факультативными прудами. Факультативные стабилизационные пруды также могут использоваться для очистки после других типов процессов очистки, таких как реакторы с восходящим анаэробным слоем ила (UASB), окислительные канавы или аэрируемые лагуны . По сравнению с анаэробными прудами факультативные пруды мельче (от 1,5 до 2,5 м в глубину) и имеют гораздо большую площадь поверхности. Площадь поверхности важна, поскольку она позволяет атмосферному кислороду растворяться, а солнечному излучению проникать в воду. Это позволяет происходить фотосинтетической активности, которая производит больше кислорода. [ необходима цитата ]
В большинстве прудов и бактерии, и водоросли необходимы для максимального разложения органического вещества и удаления других загрязняющих веществ. [15] Водоросли производят кислород (фотосинтез), а также потребляют кислород (дыхание), но они оставляют избыток кислорода, который затем может быть использован аэробными бактериями для дыхания и для процессов окисления (или стабилизации) органического вещества в сточных водах. [ необходима цитата ]
В прудах обитают несколько видов беспозвоночных, которые контролируют популяцию водорослей , которые затем оседают на дно. [15] Интенсивный рост водорослей может блокировать проникновение солнечного света в пруд. Это снижает потенциал фотосинтеза для внесения кислорода в пруд. [ необходима цитата ]
При очистке сточных вод системы, состоящие из анаэробных прудов, за которыми следуют факультативные пруды, обычно имеют общую эффективность удаления БПК от 75 до 85%. Более высокой эффективности трудно достичь, поскольку сточные воды содержат высокие концентрации твердых органических веществ в форме водорослей, которые естественным образом образуются во время очистки. [ необходима цитата ]
Ил, образующий слой осадка в пруду, подвергается анаэробному сбраживанию и может накапливаться в течение нескольких лет без необходимости удаления. [ необходима цитата ]
Некоторое дополнительное удаление органических веществ и других загрязняющих веществ может быть достигнуто в прудах-созревателях. Эти пруды включаются в линию очистки только тогда, когда требуется высокая эффективность удаления патогенов, либо для сброса очищенных стоков в поверхностные водоемы , либо для использования в ирригации или аквакультуре . Обычно они используются после факультативных прудов, но могут также следовать за другими процессами очистки, такими как реакторы с восходящим анаэробным иловым покрытием (UASB). [16] Их также можно разместить после процесса с активированным илом .
Пруды для созревания должны быть неглубокими (около 1,0 м глубиной или меньше) с большой площадью поверхности, чтобы больше кислорода могло растворяться в воде, давая бактериям достаточно кислорода для правильного функционирования. [14] Мелкие пруды выигрывают от высокой фотосинтетической активности, возникающей из-за проникновения солнечного излучения. Значения pH высокие из-за интенсивного фотосинтеза, а проникновение ультрафиолетового излучения происходит в верхних слоях. Оба эти фактора способствуют удалению патогенных бактерий и вирусов. Учитывая большую площадь поверхности прудов для созревания, цисты простейших и яйца гельминтов также удаляются, причем основным механизмом является седиментация. [8] [6]
Накопление ила в прудах-созревательницах очень низкое. [ необходима ссылка ]
Очень высокая эффективность удаления патогенов может быть достигнута в зависимости от нескольких факторов: температуры, времени гидравлического удержания (время, в течение которого жидкость остается в системе — от входа до выхода), количества прудов в серии, наличия перегородок и глубины прудов. [8]
Пруды для созревания могут использоваться в сочетании с резервуаром для дождевой воды для формирования экологического, самоочищающегося ирригационного резервуара. [17] [18]
Стабилизаторы отходов очень эффективны в своей основной задаче удаления органических веществ и, при некоторых условиях, патогенных организмов. Критерии их проектирования изменились очень мало за эти годы. [15] Пруды просты в проектировании, строительстве, эксплуатации и обслуживании, что очень важно в отдаленных районах и в развивающихся странах, где сложное оборудование и высококвалифицированная рабочая сила нелегко доступны. Строительство может осуществляться местными подрядчиками в небольших городах. [ необходима цитата ]
Стабилизаторы отходов хорошо работают практически во всех средах и могут очищать большинство типов сточных вод . [6] Они особенно хорошо подходят для тропических и субтропических стран, поскольку интенсивность солнечного света и температура являются ключевыми факторами эффективности процессов удаления. [6] Пруды используются по всему миру. Во многих странах и регионах пруды являются наиболее широко используемым процессом очистки. По этой причине они являются одним из процессов, рекомендованных ВОЗ для очистки сточных вод для повторного использования в сельском хозяйстве и аквакультуре, особенно из-за их эффективности в удалении нематод (червей) и яиц гельминтов . [9]
Пруды не могут достичь очень высокой эффективности удаления органических веществ и обычно имеют низкую способность удалять азот и фосфор . Сточные воды обычно имеют высокую концентрацию взвешенных твердых частиц , возникающих в результате производства водорослей в прудах. Поэтому пруды не являются подходящей технологией в районах, где существуют строгие стандарты сброса, если только не включены дополнительные этапы последующей обработки. [19] [14]
Поскольку пруды требуют больших площадей, они могут быть непрактичными вблизи городов, где земля дорогая. Также желательны подходящий рельеф и подходящая структура почвы , чтобы сократить расходы на строительство. [ необходима цитата ]
.png/1280px-Waste_stabilization_ponds_facultative_pond_(in_Brazil).png)
Что касается эксплуатации и обслуживания, то задачи, выполняемые эксплуатационным персоналом, очень просты и не требуют специальных навыков. Кроме того, нет потребления энергии для аэрации, нет необходимости в тяжелом обслуживании оборудования и нет частого удаления ила, обработки ила и утилизации. [ необходима цитата ]
Пруды требуют очень небольшого обслуживания, поскольку нет тяжелого электрического или механического оборудования, требующего внимания. Единственное необходимое плановое обслуживание касается предварительной обработки (очистка экранов и удаление песка), плановой проверки труб, плотин и других гидротехнических сооружений, а также удаления нежелательной растительности на насыпях. [6] [4]
Ил накапливается внутри прудов. Его необходимо удалять только с интервалом в несколько лет. Это важное преимущество системы. Однако, когда удаление необходимо, это обычно дорогостоящая и трудоемкая операция. Удаление происходит чаще в анаэробных прудах (каждые несколько лет) из-за их меньшего объема и меньшей способности хранить ил по сравнению с факультативными прудами. В факультативных прудах удаление ила может быть необходимо только с интервалом около 15–25 лет. В прудах созревания накопление ила очень низкое. [6]
Удаление ила, также называемое дешламмингом, может быть выполнено двумя основными способами: (i) прерывание работы пруда для дешламминга или (ii) поддержание работы пруда во время дешламминга. [6] В первом случае сточные воды, поступающие в пруд для дешламминга, закрываются. После этого пруд осушается, а донный ил оставляется для открытой сушки на несколько недель. В течение этого периода сточные воды, подлежащие очистке, необходимо перенаправить в другие пруды в системе. После высыхания ила его удаление может быть выполнено вручную (очень трудоемко в больших прудах) или механическим способом с использованием тракторов или механических скребков. Во втором варианте, когда пруд остается в эксплуатации во время дешламминга, удаленный ил будет влажным и потребует дальнейшей сушки. Это осуществляется за пределами пруда. Удаление ила может осуществляться путем всасывания и откачки с помощью вакуумных грузовиков (только для небольших прудов), дноуглубления, откачки с плота или с использованием другого механического оборудования. В любом случае количество шлама, которое необходимо удалить, очень велико, учитывая его накопление в течение многих лет. Этот процесс очень трудоемкий, дорогой и требует тщательного планирования. [6]
При выборе процесса очистки сточных вод, помимо технических аспектов, которые имеют отношение к каждой альтернативе, также очень важную роль играют факторы стоимости. Последние можно в основном разделить на (i) затраты на строительство и (ii) затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Стабилизаторы отходов обычно считаются дешевой альтернативой с точки зрения затрат на строительство. Однако окончательные затраты будут зависеть в основном от размера прудов, наличия прудов созревания в конфигурации процесса, топографии, состояния почвы, уровня грунтовых вод и стоимости земли. [6]
Поскольку все эти элементы зависят от конкретного участка, сложно обобщить общие затраты на строительство. В большинстве случаев они будут ниже по сравнению с другими альтернативами очистки сточных вод. [20] [4] В зависимости от конкретной ситуации в районе затраты на строительство могут увеличиться и выровняться с другими технологиями. [ необходима цитата ]
Стабилизаторы отходов являются одним из самых дешевых процессов очистки сточных вод с точки зрения эксплуатации и обслуживания. [6]
Следующие типы инфраструктуры водоснабжения и водоотведения могут внешне напоминать пруды-стабилизаторы отходов, но это не одно и то же: [ необходима ссылка ]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )