Вернуться

Очистка воды в фильтрационно-регенерационном биоплато гидропонического типа

  • Проведён сравнительный анализ результатов исследований эффективности глубоко-водной очистки в фильтрационно-регенерационном биоплато гидропонного типа и биоплато различных конструкций.
  • Показано, что использование среднего дренажа для фиксированной промывки оборотными и промывными водами фильтрующей загрузки, биопленок, корневой системы растений и дренажа биоплато. а также гидроавтоматиче-ская очистка оборотных и промывных вод позволяет обеспечить самовосстанавливаю-щийся режим работы комплекса очистных сооружений и достичь высокого качества и стабильности очистки воды.
Ключевые слова: водоподготовка, биофитотехнология, высшие водные растения, биоплато, фильтрация, самоочищающиеся фильтры.


Фильтрационные биоплатоподобные установки для очистки и последующей очистки бытовых, промышленных сточных вод, поверхностного стока стали широко распространёнными в последние годы. Их преимущество в том, что они практически не требуют потребления электроэнергии и химических реагентов, значительного технического обслуживания и обеспечивают качественную очистку воды от широкого спектра органических и минеральных загрязнителей. В системе биоплато происходят сложные взаимосвязанные аэробно-анаэробные процессы, которые сопровождаются фильтрацией, сорбцией, абсорбцией и трансформацией растениями и микроорганизмами различных соединений и элементов.

Основным механизмом очистки воды на биоплато является активность гетеро и автотрофных организмов. В качестве высшей водной растительности из макрофитов используются широколиственный хвощ, крупный камыш, цветущая лихорадка, наконечник стрелы, водоросль, водяная лилия, корень аира, ряска без корней, пруд и другие. Положительным фактором, который существенно влияет на очистку, является образование на поверхности фильтрующего осадка биоплато и корневой системы растений биопленки, в которой различные микроорганизмы развиваются в виде иммобилизованной бактериальной среды и инокулянта, благодаря которым органические вещества и различные токсичные соединения эффективно разлагаются и удаляются.

Научный анализ

Чаще всего в странах с тёплым и умеренным климатом используется биоплато с поверхностью надземной воды. Так, согласно исследованию, проведённому в Великобритании, средний процент снижения концентрации загрязняющих веществ в бытовых сточных водах составляет 48% для БПК, 83% для взвешенных веществ, 51% для общего азота, 13% для фосфора, 99% для патогенных микроорганизмов. В США степень очистки бытовых сточных вод с использованием водного гиацинта по данным BODS достигает 97-98%. В Китае эффективность очистки воды от серебра, взвешенных веществ, соединений фосфора и азота соответственно составила 100%, 91%, 54% и 93%.

Биоплато эффективно используется для очистки бытовых сточных вод и поверхностных стоков в Нидерландах, Японии, Норвегии, Австралии и других странах. Однако в регионах с тёплым климатом в открытой воде биоплато могут размножаться вредные насекомые, в том числе личинки малярийного комара. Наличие надземной поверхности воды также вызывает образование вредных аэрозолей и неприятных запахов. В открытом биоплато регулирование массообмена, газонасыщенности и аэрации водных процессов не обеспечивается, минерализованный ил и осадочные дуги не удаляются. Это приводит к кольматизации дренажных систем, фильтрационной засыпке, развитию анаэробных процессов, вызывает вторичное загрязнение воды и значительное снижение эффективности очистки от загрязнений.

В Институте гидробиологии НАН Украины было открыто открытое биоплато различной конструкции для очистки воды, показавшее высокую эффективность. Широкое исследование и внедрение таких конструкций осуществляется в Институте экологических проблем (Харьков). В Государственной экологической академии последипломного образования и управления (г. Киев) разработан биоплато с плавающим наполнением в виде специальных плотов с водными растениями и водорослями, посаженными в них. Закрытые гидропонные фильтрационные биоплато были предложены Научно-техническим центром «Потенциал-4». В них уровень воды ниже верхнего уровня наполнения, при котором высаженные водные растения и водоросли и их корневая система постоянно промываются водой, движущейся вертикально сверху вниз или снизу вверх.

В то же время в таком закрытом гидропонном фильтрующем биоплато происходит постепенная кольматизация корневой системы водных растений и водорослей, поровое пространство фильтрующего заполнения и дренажа с биоплёнкой и минерализованным осадком, накопление осадка в нижней части структур, уменьшение в потоке кислорода и питательных веществ к корневой системе водных растений и водорослей, что может привести к снижению эффективности работы объектов, пептизации осадка и вторичному загрязнению воды.

Цель статьи - осветить результаты разработки и исследования фильтрационно-регенеративного биоплато гидропонного типа (FRBHT), в котором происходит постоянная и контролируемая промывка и регенерация в гидроавтоматическом режиме фильтрующей засыпки, корневой системы водные растения и водоросли (APA) и дренажные системы.

Методология исследования

Фильтрационно-восстановительный биоплато гидропонного типа (FRBHT-1), в котором уровень воды ниже верхнего уровня фильтрационного наполнения, был исследован на городских очистных сооружениях в городе Киверцы (Волынская область) и в городе Каменка-Бузка (Львовская обл.). Биоплато (FRBHT-1), которое исследовали в Киверцах (см. Рис.), состояло из прямоугольного железобетонного резервуара (1) шириной 13 м, длиной 50 м и глубиной 2,6 м, в котором двух-слойные активированные биопрепараты - инокулятная фильтрационная начинка был разме-щён (2, 15). Верхний слой фильтрующего наполнителя (2) состоял из смеси гранитной и ба-зальтово-гравийной фракций 35-50 мм, нижний слой (15) из выдувного гранит-базальтово-гравийной фракции 10-25 мм. Толщина всех слоёв фильтрующих наполнителей составляла 2100 мм, в которых верхний фильтрующий гранит-базальтовый слой имел 1400 мм.

В толще фильтрующего наполнителя (2 и 15) были смонтированы верхний (6), средний (5) и нижний (4) дренажи, которые были равномерно распределены по всей площади резервуара. Верхний дренаж (6) источника водораспределения был расположен в радикальной системе высших водных растений-макрофитов и влаголюбивых деревьев (ВЛР) (8) и соединён с трубопроводом подачи воды для очистки (1), а также к трубопроводу оборотной и промывной воды и коллекто-ру (трубопроводу) осветлённой промывочной воды из пенополистирольного фильтра. Нижний дренаж (4) для сбора и удаления очищенной воды размещался на дне резервуара на дне фильтра заполнения. Средство для слива (5) для сбора и удаления циркулирующей и промыв-ной воды помещалось в фильтр-заполнитель между верхним и нижним дренажами.

В качестве ВЛР мы использовали иву энергетических видов (40-45%), тростник (30-35%), ши-роколиственный рогоз (15-10%), мискантус (10-5%), аир и других высших водных растений (5). %), корневая система которой находилась в верхней части фильтра наполнения (2). Самоочищенный пенополистирольный фильтр (11) для фильтрующей обработки оборотной и промывной воды был выполнен в виде цилиндрического стального резервуара, в котором наполнитель фильтра был изготовлен из гранул вспененного полистирола.

Фильтр оснащён устройством (12) для гидроавтоматической очистки наполнителя фильтра (работает без опера-торов и защёлок). FRBHT-l работает следующим образом. Вода для очистки подаётся коллектором (3) в верхнюю часть биоплато (1), распределяется по дренажу по его площади и фильтруется сверху вниз через верхний слой фильтра заполнения (2). Поскольку в FRBHT-1 уровень воды ниже верхне-го уровня фильтрационного наполнения, в котором высаживаются ВЛР, то их корневая система постоянно промывается водой, движущейся вертикально сверху вниз. Затем вода фильтруется через нижний слой наполнителя (15). Очищенную воду (фильтрат) собирают с помощью ниж-ней дренажной системы (4), собирают с помощью коллектора (7) в резервуар (он контактирует с резервуаром, а затем передают в резервуар или направляют потребителю после дополни-тельной последующей обработки и дезинфекции.


Принципиальная схема FRBHT-1: 1 - тело биоплато. 2 - верхний слой заполнения фильтра. 3 - коллектор подачи воды для очистки, 4 - нижний дренаж для слива очищенной воды, 5 - средний дренаж для сбора и отвода оборотной и промывной воды, 6 - верхний дренаж водораспределения в межкорневой системе АПА, 7 - коллектор для слива очищенной воды (ополаскивателя), 8 - высшие водные растения и / или влаголюбивые деревья (APA), 9 - устройство для хране-ния оборотных и ополаскивающих вод, 10 - насос. 11 - самоочищающийся пенополистирольный фильтр. 12 - гидроавтоматическое устройство для промывки фильтров, 13 - бак-проявитель фильтра-ополаскивателя, 14 - насос-промыватель фильтра-ополаскивателя, 15 - нижний слой заполнения фильтра

Поскольку во время фильтрации воды активная иловая плёнка, взвешенные минеральные и органические примеси накапливаются в фильтрующем наполнении, часть фильтрованной воды непрерывно удаляется из нижней зоны корневой системы АФК путём дренажа среды (5) в запоминающее устройство (9), а затем периодически или непрерывно насосом 10) подаётся для последующей обработки из суспензии для самоочищающегося полистирольного фильтра (II). В результате происходит интенсивный массоперенос при заполнении корневого фильтра и промывке межкорневого пространства ВЛР (8).

Очищенная циркуляционная и промывочная вода возвращается в биоплато через коллектор (3). Фильтр (II) периодически промывается устройством для гидроавтоматической мойки (12) Продолжительность исследования составляла 3 этапа по 12-30 дней в течение 18 месяцев эксплуатации биоплато. Исследованы основные варианты работы биоплато: I - без использования дренажа среды в биоплато и пенополистирольном фильтре (был исследован аналог биоплато закрытого гидропонного фильтрационного биоплато конструкции «Потенциал-4»); 2 - во время циклическая (периодическая) промывка фильтрующего наполнителя биоплато с использованием самоочищающегося пенополистирольного фильтра; 3 - с постоянной промывкой фильтрующего наполнения биоплато с использованием самоочищающегося пенополистирольного фильтра.

Результаты исследований

Результаты эксплуатации биоплато в разных вариантах показали следующее. Когда биоплато работает по первому варианту, в котором промывка фильтрующей начинки периодически выполнялась в ручном режиме путем остановки работы установок на 40-90 минут и слива промывочной воды 6 раз в течение периода исследования и 3 раза. в течение периода настройки работы биоплато можно получить достаточно стабильные результаты очистки воды.

Однако существенными недостатками такой биофитоочистки воды является необходимость периодического прекращения работы биоплато для регенерации фильтрующего наполнения и для непрерывного мониторинга объектов квалифицированным обслуживающим персоналом.
При более высоком содержании взвешенных веществ в исходной воде происходит быстрое и неконтролируемое кольматирование корневой системы ВЛР, осушение и фильтрация биоплато, что приводит к ухудшению качества очистки воды из-за развития анаэробных процессов. ухудшение массообмена корневой системы с «сырой» водой, значительное усложнение контроля за работой комплекса сооружений, особенно в периоды продолжительных осадков, ранних снегопадов, наводнений. Работа FRBHT-1 во
втором варианте осуществляли без прерывания подачи воды для очистки и периодической промывки фильтрующей засыпки биоплато. Этот вариант позволяет получить более стабильные результаты очистки воды по сравнению с первым вариантом. Эффективность очистки воды этим способом, по сравнению с некоторыми параметрами предыдущий вариант был в среднем на 20-30% выше.
Недостатки второго варианта. Очистка воды - это необходимость ручной настройки режимов и изменения периодичности циклов промывки фильтрующей заправки биоплато и постоянного контроля за работой комплекса сооружений в случае колебаний показателей качества воды на входе в биоплато.
Операция FRBHT-1 в третьем варианте осуществлялась путем непрерывной промывки фильтрационной начинки bioplato без воздействия на субъективный фактор и прекращения подачи воды для очистки и прекращения ее работы. Этот вариант показал стабильные и лучшие результаты.
По сравнению с предыдущими вариантами это позволило повысить степень очистки воды по индивидуальным контрольным параметрам на 50-70%, особенно при подаче воды с повышенным содержанием взвешенных веществ и питательных соединений азота и фосфора за счет улучшения массы передача процессов в корневой системе фильтрующего наполнения и постоянной промывки минерализованных пленок активного ила.
Степень очистки сточных вод при работе биоплато в различных вариантах приведена в таблице. Как видно из результатов исследований, наибольшая степень очистки наблюдалась при очистке сточных вод по третьему варианту.

Выводы

Результаты исследования показали, что использование фильтра-регенеративного биоплато гидропонного типа (FRBHT-1) по сравнению с известными технологическими схемами биофитоочистки воды и конструкций биоплато позволяет постоянно автоматически промывать фильтрующую пломбу, корень система дренажа ВЛР и биоплато и гидроавтоматическая очистка оборотных и промывных вод для обеспечения самовосстановительной работы комплекса очистных сооружений. Это позволяет, независимо от размеров и производительности биоплато, цикличности подачи воды, климатических условий для достижения более высокого качества и стабильности нереагентной очистки воды, отказаться от обслуживающего персонала и постоянно контролировать работу комплекса. биофитоструктуры водоподготовки.

Степень очистки сточных вод при различных вариантах использования FRBHT