Пруды-стабилизаторы отходов ( ПБВ или пруды-стабилизаторы или лагуны для стабилизации отходов ) — это пруды, спроектированные и построенные для очистки сточных вод с целью снижения содержания органических веществ и удаления болезнетворных микроорганизмов из сточных вод . Это искусственные впадины, ограниченные земляными постройками. Сточные воды или «приточные воды» поступают с одной стороны пруда-стабилизатора отходов и выходят с другой стороны как «сточные воды», проведя в пруду несколько дней, в течение которых происходят процессы очистки.
Пруды-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 сточных вод или ливневых вод . Система может состоять из одного пруда или нескольких прудов подряд, каждый из которых играет различную роль в удалении загрязняющих веществ . После очистки сточные воды могут быть возвращены в поверхностные воды или повторно использованы в качестве оросительной воды (или оборотной воды ), если сточные воды соответствуют требуемым стандартам для сточных вод (например, достаточно низкий уровень содержания патогенных микроорганизмов ).
Пруды-стабилизаторы отходов включают в себя естественные процессы очистки, которые требуют времени, поскольку скорость удаления медленная. Поэтому требуются большие площади, чем для других процессов очистки с внешними затратами энергии. Описанные здесь пруды-стабилизаторы отходов не используют аэраторов. Высокопроизводительная лагунная технология, в которой используются аэраторы, имеет гораздо больше общего с процессом с активным илом . Такие аэрированные лагуны занимают меньше площади, чем необходимо для традиционных стабилизирующих 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 в поверхностные водоемы (например, реки и озера) в неочищенном виде, их органическое вещество служит пищей для микроорганизмов , обитающих в поверхностных водах. Эти организмы используют органическое вещество для производства энергии для своего роста и размножения. Это происходит посредством 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. [ нужна цитата ]
Однако эти организмы используют кислород при 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]
Пруды-стабилизаторы отходов воспроизводят эти биологические явления до того, как они проявятся в принимающих поверхностных водах, и вызывают проблемы загрязнения из-за потребления кислорода. Пруды принимают сточные воды и посредством естественных процессов, аналогичных тем, что происходят в поверхностных водах, в рамках очистки осуществляют стабилизацию органического вещества внутри них. Именно поэтому они получили название прудов-стабилизаторов отходов. [6]
Реакции протекают при совместном участии нескольких микроорганизмов, обитающих в водоеме. 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. [ нужна 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 важнейшей группой микроорганизмов являются бактерии , которые утилизируют большую часть органических веществ сточных вод, но также потребляют кислород. [ нужна цитата ]
Водоросли — еще одна важная группа микроорганизмов. Они не зависят от органического материала из притока. Вместо этого они занимаются фотосинтезом , в ходе которого производят органические вещества для собственного потребления и, что очень важно, выделяют кислород. Выделяющийся избыток кислорода поддерживает дыхание аэробных организмов в пруду. Атмосферный кислород также растворяется в жидкости, что способствует поддержанию аэробного слоя на поверхности пруда. [ нужна цитата ]
Концентрация кислорода в толще жидкости варьируется: вблизи поверхности концентрации высоки и поддерживают рост аэробных организмов. Ближе к дну пруда проникновение солнечного света низкое, и, следовательно, фотосинтетическая активность снижается. Это приводит к тому, что концентрация кислорода там низкая. Наконец, внутри отложений в придонном слое вообще нет кислорода. Здесь органические вещества удаляются путем пищеварения, осуществляемого анаэробными организмами . [6]
.jpg/1280px-Anaerobic_treatment_pond_(6910359715).jpg)
Патогены можно эффективно удалять в прудах-стабилизаторах отходов. В процессе удаления патогенов в основном используются пруды для созревания, хотя некоторое удаление происходит и в других прудах системы. Чем больше прудов в серии, тем эффективнее удаление возбудителя. [ нужна цитата ]
Удаление болезнетворных бактерий и вирусов происходит преимущественно 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, достигающем поверхности пруда, и фотоокислительные реакции, использующие большое количество растворенных веществ. концентрации кислорода. [7] [8]
Возбудители простейших присутствуют в сточных водах в виде цист или ооцист. Гельминты (глисты) присутствуют в виде яиц. Возбудителей простейших и гельминтов можно удалить методом седиментации. [8] Может быть достигнута очень высокая эффективность удаления, особенно если пруды для созревания 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 выжить даже после нескольких лет хранения ила внутри пруда. [10]
Пруды-стабилизаторы отходов состоят из искусственных бассейнов, состоящих из одной или нескольких серий анаэробных, факультативных прудов или прудов для созревания. [11] Наличие или отсутствие кислорода варьируется в зависимости от трех различных типов прудов, используемых последовательно. В анаэробных прудах-стабилизаторах отходов очень мало растворенного кислорода, поэтому преобладают анаэробные условия. Второй тип прудов, пруды факультативной стабилизации, поддерживает аэробную поверхностную среду обитания над анаэробной бентической средой обитания. [12] Пруды для созревания обеспечивают аэробные условия повсюду, от поверхности до дна.
Основные конфигурации прудовых систем: [4] [13]
Если имеется анаэробный пруд, часть взвешенных твердых частиц из сточных вод оседает, удаляя таким образом органические вещества ( БПК ), вносимые этими твердыми веществами. Кроме того, часть растворенных органических веществ удаляется путем анаэробного сбраживания . На втором этапе в факультативном пруду большая часть оставшегося БПК удаляется в основном гетеротрофными бактериями, которые получают кислород в результате фотосинтеза, осуществляемого водорослями. Основной функцией третичной стадии в прудах для созревания является удаление болезнетворных микроорганизмов, хотя она также может способствовать снижению содержания питательных веществ (т.е. азота ). [12] Однако фиксация азота водорослями, живущими в системах стабилизирующих прудов, может повысить уровень азота в сточных водах стабилизирующих прудов. [6]
Анаэробные пруды принимают неочищенные сточные воды . Они имеют меньшую площадь поверхности по сравнению с факультативными прудами, а также большую глубину (обычно от 3,0 до 5,0 м). Глубина уменьшает влияние производства кислорода посредством фотосинтеза, что приводит к анаэробным условиям. В зависимости от нагрузки и климатических условий эти пруды способны удалять от половины до двух третей поступающего БПК. Это существенно снижает нагрузку органического вещества, поступающего в факультативные пруды, и тем самым уменьшает их потребный размер. [4] Анаэробные стабилизационные пруды имеют тот недостаток, что потенциально выделяют зловонные газы. Особенно сюда относится сероводород с запахом тухлых яиц, если в системе есть проблемы в работе. [14]
Первый биом пруда в серии стабилизирующих прудов переваривает гнилостные твердые вещества, взвешенные в очищаемых сточных водах. Анаэробные пруды позволяют твердым частицам оседать на дне в виде ила. Такое осаждение удаляет часть дисперсного органического материала. [14] Большая часть осевших твердых частиц будет накапливаться вблизи точки, где сточные воды попадают в пруд. Следовательно, анаэробные пруды должны быть спроектированы так, чтобы они были 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, менее вредные для окружающей среды. [15] Поскольку анаэробные организмы могут процветать только при высоких температурах, анаэробные пруды не подходят для умеренного или холодного климата. [ нужна цитата ]
Ил скапливается на дне анаэробных прудов, и его необходимо удалять каждые несколько лет. [ нужна цитата ]
.jpg/1280px-Facultative_pond_(6898412198).jpg)
Пруды факультативной стабилизации, в которые поступают неочищенные сточные воды, называются первичными факультативными прудами. Если в них поступают сточные воды, уже очищенные в анаэробных прудах, их называют вторичными факультативными прудами. Пруды факультативной стабилизации также могут использоваться для очистки после других типов процессов очистки, таких как реакторы с анаэробным слоем ила с восходящим потоком (UASB), окислительные канавы или лагуны с вентиляцией . По сравнению с анаэробными прудами факультативные пруды мельче (глубиной от 1,5 до 2,5 м) и имеют гораздо большую площадь поверхности. Площадь поверхности важна, поскольку она позволяет атмосферному кислороду растворяться и солнечному излучению проникать в воду. Это позволяет осуществлять фотосинтетическую активность, которая производит больше кислорода. [ нужна цитата ]
В большинстве прудов необходимы как бактерии, так и водоросли, чтобы максимизировать разложение органических веществ и удаление других загрязняющих веществ. [15] Водоросли производят кислород (фотосинтез), а также потребляют кислород (дыхание), но оставляют избыток кислорода, который затем может быть использован аэробными бактериями для дыхания и для процессов окисления (или стабилизации) органического вещества в Сточные Воды. [ нужна цитата ]
В прудах обитает несколько видов беспозвоночных, где они контролируют популяцию водорослей , которая затем оседает на дно. [15] Сильный рост водорослей может блокировать проникновение солнечного света в пруд. Это уменьшает возможность фотосинтеза поставлять кислород в пруд. [ нужна 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 частиц органического вещества в виде водорослей, образующихся естественным путем во время очистки. [ нужна цитата ]
Ил, составляющий слой отложений в пруду, подвергается анаэробному сбраживанию и может накапливаться в течение нескольких лет без необходимости удаления. [ нужна цитата ]
Некоторое дополнительное удаление органических веществ и других загрязняющих веществ может быть достигнуто в прудах для созревания. Эти пруды включаются в линию очистки только тогда, когда требуется высокая эффективность удаления патогенов, либо для сброса очищенных сточных вод в поверхностные водные объекты, либо для использования для орошения или аквакультуры . Они обычно используются после факультативных прудов, но могут также использоваться после других процессов очистки, таких как анаэробные реакторы с восходящим потоком ила (UASB). [16] Их также можно размещать после обработки активным илом .
Пруды для созревания должны быть неглубокими (около 1,0 м или меньше) с большой площадью поверхности, чтобы в воде могло растворяться больше кислорода, давая бактериям достаточно кислорода для правильного функционирования. [14] Мелкие пруды выигрывают от высокой фотосинтетической активности, возникающей в результате проникновения солнечной радиации. Значения pH высокие из-за интенсивного фотосинтеза, а проникновение ультрафиолетового излучения происходит в верхние слои. Оба эти фактора способствуют удалению болезнетворных 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 дозревания очень низкое. [ нужна цитата ]
Очень высокая эффективность удаления патогенов может быть достигнута в зависимости от нескольких факторов: температуры, времени гидравлического удержания (количества времени, в течение которого жидкость остается в системе - от входа до выхода), количества прудов в серии, наличия перегородок и глубина прудов. [8]
Пруды для созревания можно использовать в сочетании с резервуаром для дождевой воды , чтобы сформировать экологический, самоочищающийся резервуар для орошения. [17] [18]
Пруды-стабилизаторы отходов очень эффективны в выполнении своей основной задачи по удалению органических веществ и, при некоторых условиях, патогенных организмов. Критерии их проектирования с течением времени изменились очень мало. [15] Пруды легко проектировать, строить, эксплуатировать и обслуживать, что очень важно в отдаленных районах и в развивающихся странах , где труднодоступно сложное оборудование и высококвалифицированная рабочая сила. В небольших городах строительство могут вести местные подрядчики. [ нужна цитата ]
Пруды-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 во всем мире. Во многих странах и регионах пруды являются наиболее широко используемым методом 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 обеспечить очень высокую эффективность удаления органических веществ и обычно имеют низкую производительность по удалению азота и фосфора . Сточные воды обычно содержат высокие концентрации взвешенных веществ , образующихся в результате образования водорослей в прудах. Таким образом, пруды не являются подходящей технологией в районах, где существуют строгие стандарты сброса, если не включены дополнительные этапы последующей очистки. [19] [14]
Поскольку пруды требуют больших площадей, их использование может оказаться непрактичным вблизи городов, где земля дорогая. Также желательны подходящая топография и подходящая структура почвы , чтобы снизить затраты на строительство. [ нужна цитата ]
.png/1280px-Waste_stabilization_ponds_facultative_pond_(in_Brazil).png)
Что касается эксплуатации и обслуживания, то задачи, выполняемые оперативным персоналом, очень просты и не требуют специальных навыков. Кроме того, не требуется затрат энергии на аэрацию, нет необходимости в обслуживании тяжелого оборудования, а также не требуется частое удаление, обработка и утилизация осадка. [ нужна цитата ]
Пруды требуют минимального обслуживания, поскольку здесь нет тяжелого электрического или механического оборудования, требующего внимания. Единственное необходимое техническое обслуживание заключается в предварительной очистке (очистка решеток и удаление песка), плановой проверке труб, плотин и других гидротехнических сооружений, а также удалении нежелательной растительности на насыпях. [6] [4]
Внутри прудов скапливается ил. Удалять его нужно только в промежутке 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 потребоваться только с интервалом от 15 до 25 лет. В прудах дозревания накопление ила очень незначительное. [6]
Удаление ила, также называемое удалением ила, может осуществляться двумя основными способами: (i) прерывание работы пруда для удаления ила или (ii) поддержание работы пруда во время удаления ила. [6] В первом случае поступление сточных вод в пруд, подлежащий очистке, закрывается. После этого пруд осушают, а донный ил оставляют на открытую сушку на несколько недель. В течение этого периода сточные воды, подлежащие очистке, необходимо отводить в другие пруды системы. После высыхания ила его удаление может производиться вручную (очень трудоемко в больших прудах) или механически с помощью тракторов или механических скребков. Во втором варианте, когда пруд остается в эксплуатации во время удаления ила, удаленный ил будет влажным и потребует дальнейшей сушки. Это делается за пределами пруда. Удаление осадка может осуществляться путем всасывания и откачки с помощью вакуумных грузовиков (только для небольших прудов), дноуглубления, откачки с плота или с использованием другой механической техники. В любом случае количество удаляемого осадка очень велико, учитывая его накопление в течение многих лет. Этот процесс очень трудоемкий, дорогостоящий и требует тщательного планирования. [6]
При выборе процесса очистки сточных вод, помимо технических аспектов, которые имеют отношение к каждому варианту, очень важную роль играют также факторы стоимости. Последние можно в основном разделить на (i) затраты на строительство и (ii) затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Пруды-стабилизаторы отходов обычно считаются дешевой альтернативой с точки зрения затрат на строительство. Однако окончательные затраты будут существенно зависеть от размера прудов, наличия прудов для созревания в технологической конфигурации, топографии, состояния почвы, уровня грунтовых вод и стоимости земли. [6]
Поскольку все эти элементы зависят от конкретного объекта, 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 увеличиваться и выравниваться по сравнению с другими технологиями. [ нужна цитата ]
Пруды-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: [ нужна ссылка ]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )