Факультативные лагуны — это тип пруда-стабилизатора отходов, используемого для биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод . Сточные воды или органические отходы от переработки пищевых продуктов или волокон могут быть катаболизированы в системе построенных прудов, где достаточно места для обеспечения среднего времени удержания отходов, превышающего месяц. Серия прудов предотвращает смешивание неочищенных отходов с очищенными сточными водами и позволяет лучше контролировать время пребывания отходов для равномерной эффективности очистки.
.jpg/1280px-Facultative_pond_(6898410678).jpg)
Факультативная лагуна в последовательности пруда функционирует как первичный отстойник обычной системы очистки сточных вод . Тяжелые твердые частицы будут оседать на дно лагуны, а более легкие твердые частицы будут плавать. Эта факультативная лагуна не имеет возможности удаления ила первичного отстойника, поэтому популяция анаэробных организмов будет колонизовать накопленный ил на дне лагуны. Площадь поверхности лагуны должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить скорость переноса атмосферного кислорода , достаточную для предотвращения анаэробных условий на поверхности лагуны. Промежуточные глубины лагуны поддерживают факультативные микроорганизмы, способные окислять как растворенные, так и взвешенные органические вещества из исходных сточных вод и продукты анаэробного катаболизма на дне лагуны. [1] [2]
Районы с постоянно прохладным, но безморозным климатом могут поддерживать факультативные условия в первом стабилизационном пруду при обработке слабо загрязненной воды при низких температурах, благоприятствующих высоким концентрациям растворенного кислорода с низкой скоростью метаболизма . Факультативная стратификация пруда становится нестабильной в холодную погоду, увеличивая выделение зловонного газа, когда температура воды падает ниже 4 градусов по Цельсию (39 градусов по Фаренгейту); [3] а образование льда на поверхности пруда будет эффективно предотвращать перенос атмосферного кислорода в биом пруда. Стабилизационные пруды в климате со значительными сезонными колебаниями температуры могут выделять зловонный газ в сезон повышения температур, поскольку биом пруда потребляет отходы, накопленные в холодную погоду, с увеличением скорости метаболизма, превышающей скорость переноса атмосферного кислорода на поверхности пруда. [4]
.jpg/1280px-Hamburg-Allerm%C3%B6he,_pond_for_effluent_from_constructed_wetland_(3252521437).jpg)
Сток из факультативной лагуны может быть направлен через один или несколько прудов-очистителей, поддерживающих более низкие популяции анаэробных микроорганизмов и более высокую долю аэробных организмов, приспособленных к выживанию в более низких концентрациях органического материала. Сточные воды из окончательного пруда-очистителя могут быть пригодны для сброса в естественные водоемы. [5]
Неприятные запахи вероятны, когда скорость переноса кислорода с поверхности лагуны меньше скорости потребления кислорода на нижних уровнях лагуны. Факультативная лагуна площадью 1 акр (4000 м 2 ) может обеспечивать 50 фунтов кислорода в день (5 граммов кислорода на квадратный метр в день) для биохимического катаболизма. Биологическая активность в факультативной лагуне напрямую зависит от температуры. Теплая погода потребует больших скоростей переноса кислорода, а накопление отходов в холодную погоду может привести к тому, что краткосрочные потребности в кислороде в теплую погоду превысят долгосрочные скорости загрузки отходов. [5] Водоросли могут обеспечивать поверхностный кислород в дневные часы, но для дыхания водорослей может потребоваться дополнительный кислород в темное время суток. [6] Лед или накипь могут уменьшить поверхность переноса кислорода. В некоторых факультативных лагунах используются механические поверхностные аэраторы для увеличения переноса атмосферного кислорода, но глубина перемешивания аэратора не должна повторно взвешивать анаэробный ил со дна лагуны. Работа аэратора может быть ограничена периодами большого количества отходов, высоких температур, темноты, низкой скорости ветра или других условий, угрожающих возникновением анаэробных условий на поверхности лагуны. [1]
Факультативные стабилизационные пруды стратифицируются с аэробным поверхностным слоем и анаэробным слоем под поверхностью. Аэробный поверхностный слой ограничивает выброс зловонного газа из анаэробной бентосной зоны. Водоросли и цианобактерии обычно растут в аэробной зоне и обеспечивают бактерии в пруду большим количеством кислорода в дневное время. [7] Однако фотодыхание водорослей может потреблять кислород в ночное время, когда темно. Стабилизационные пруды отходов с большими популяциями водорослей могут показывать значительные суточные колебания концентрации кислорода с пиком во второй половине дня и минимумом на рассвете. [8]
Виды водорослей, растущих в очистных прудах, включают зеленые, красные и бурые водоросли. [7]
Вертикальная стратификация, включающая аэробный поверхностный слой, анаэробный нижний слой и факультативный промежуточный слой, необходима для правильного функционирования экосистемы факультативной лагуны. Стратификация поддерживается термическим градиентом прохладной плотной воды на дне лагуны, покрытой более теплой менее плотной водой на поверхности. Этот термический градиент становится нестабильным, когда вода достигает максимальной плотности при 4 градусах Цельсия (39 градусов Фаренгейта). Факультативные лагуны непрактичны в холодном климате, поскольку лагуны становятся нефункциональными, когда более низкие температуры воздуха снижают температуру воды ниже этого критического значения. [9]
Инертные твердые частицы в сточных водах будут накапливаться на дне лагуны и постепенно уменьшать глубину до тех пор, пока не останется достаточно места для факультативной зоны. Глубина лагуны от 2 до 5 футов (от 60 до 150 см) является предпочтительной для эффективной очистки. Параллельные факультативные лагуны с общими прудами для полировки позволяют продолжать очистку сточных вод, пока одна лагуна не работает для удаления шлама. [5]
Осадки, выпадающие на поверхность лагун и прудов-очистителей, увеличат объем сточных вод, требующих утилизации. И наоборот, объем сточных вод может быть уменьшен за счет испарения с поверхности воды в засушливом климате.
Питательные вещества сточных вод могут вызывать постоянный рост водорослей в прудах-очистителях после того, как исходные отходы были катаболизированы. Водоросли могут вносить измеримый вклад в биохимическую потребность в кислороде (БПК) и концентрацию общих взвешенных твердых частиц (ОВЧ), когда правила сброса включают ограничения на эти концентрации. [5] Вклад водорослей в ТСС, как правило, достигает пика в летние месяцы, но долгосрочный БПК разлагающихся водорослей может не быть очевиден в течение типичного 5-дневного теста. [10] Правила Агентства по охране окружающей среды США описывают факультативные лагуны как обеспечивающие «очистку, эквивалентную вторичной очистке», когда удаляется 65 процентов входящего БПК и ТСС, а концентрации БПК и ТСС в сточных водах не превышают 7-дневного среднего значения 65 мг/л и 30-дневного среднего значения 45 мг/л. Отдельные штаты могут устанавливать альтернативные ограничения на сточные воды. [11]
Факультативная лагуна может быть заменена аэрируемой лагуной в качестве первого пруда серии. Аэрируемые лагуны имеют механические аэраторы, которые минимизируют анаэробные зоны путем полного перемешивания лагуны для достижения катаболизма посредством процесса, называемого расширенной аэрацией .