Стабилизационный пруд для отходов

Схема трех основных типов прудов-стабилизаторов отходов (ПОБ): (1) анаэробных, (2) факультативных и (3) аэробных (вызревания), каждый из которых имеет разные характеристики обработки и конструкции.

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. Их часто используют для очистки сточных вод и промышленных стоков , но также можно использовать 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.

Основы

Пруд-стабилизатор отходов в Гранд- Агадире , Марокко (станция М'зар)

Сточные воды из пруда с высокими показателями водорослей и двух прудов для созревания в Аттауйе, Марокко . Обратите внимание на зеленый цвет, вызванный водорослями.

Концепция стабилизации

Сточные воды и многие виды промышленных сточных вод содержат органические вещества. Если сточные воды сбрасываются неочищенными в поверхностные водоемы (например, реки и озера), 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.

Однако эти организмы используют кислород при дыхании, тем самым снижая концентрацию кислорода в поверхностных водах. Это одна из основных проблем загрязнения воды поверхностных вод , которая может повлиять на биоту , включая рыбу.

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.

Микроорганизмы

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.

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.

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.

Уровень кислорода

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 .

Плохой обслуживаемый пруд для анаэробной очистки в Карибе , Зимбабве (необходимо удалить ил)

Удаление болезнетворных микроорганизмов

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.

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.

Возбудители простейших присутствуют в сточных водах в виде цист или ооцист. Гельминты (глисты) присутствуют в виде яиц. Возбудителей простейших и гельминтов можно удалить по механизму седиментации. 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 »). Однако ил (осадок) из прудов может быть сильно загрязнен яйцами гельминтов, которые могут выжить даже после нескольких лет хранения ила внутри пруда.

Типы

Основные конфигурации систем прудов-стабилизаторов отходов

Пруды-стабилизаторы отходов состоят из искусственных бассейнов, состоящих из одной или нескольких серий анаэробных, факультативных прудов или прудов для созревания. 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. Пруды для созревания обеспечивают аэробные условия повсюду, от поверхности до дна.

Основные конфигурации прудовых систем:

• Только факультативный пруд;
• Анаэробный пруд, за которым следует факультативный пруд;
• Факультативный пруд, за которым последовательно следуют пруды для созревания;
• Анаэробный пруд, за которым следует факультативный пруд, за которым последовательно следуют пруды для созревания.

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 ). Однако фиксация азота водорослями, живущими в системах стабилизирующих прудов, может повысить уровень азота в сточных водах стабилизирующих прудов.

Анаэробные пруды

Основная статья: Анаэробная лагуна

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. 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.

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. Большая часть осевших твердых частиц будет накапливаться вблизи места поступления сточных вод 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. Анаэробные пруды содержат анаэробные организмы, которые способны расщеплять сложные органические отходы на основные соединения, менее вредные для окружающей среды. Поскольку анаэробные организмы могут процветать только при высоких температурах, анаэробные пруды не подходят для умеренного или холодного климата.

Ил скапливается на дне анаэробных прудов, и его необходимо удалять каждые несколько лет.

Факультативные пруды

Дополнительный пруд в Руай, Кения

Основная статья: Факультативная лагуна

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.

В большинстве прудов необходимы как бактерии, так и водоросли, чтобы максимизировать разложение органических веществ и удаление других загрязняющих веществ. 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) органических веществ в сточных водах.

В прудах присутствуют несколько видов беспозвоночных, где они контролируют популяцию водорослей , которая затем оседает на дно. Сильный рост водорослей может блокировать проникновение солнечного света в пруд. Это уменьшает возможность фотосинтеза поставлять кислород в пруд.

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.

Ил, составляющий слой отложений в пруду, подвергается анаэробному сбраживанию и может накапливаться в течение нескольких лет без необходимости удаления.

Пруды созревания

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). Их также можно размещать после процесса 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. Мелкие пруды выигрывают от высокой фотосинтетической активности, возникающей в результате проникновения солнечной радиации. Значения pH высоки 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.

Накопление ила в прудах дозревания очень низкое.

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.

Пруды для созревания можно использовать в сочетании с для дождевой воды резервуаром , чтобы сформировать экологический, самоочищающийся резервуар для орошения.

Применение и пригодность

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. 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.

Пруды-стабилизаторы отходов хорошо работают практически во всех средах и могут очищать большинство типов сточных вод . Они особенно хорошо подходят для тропических и субтропических стран, поскольку интенсивность солнечного света и температура являются ключевыми факторами эффективности процессов удаления. 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 .

Пруды не могут достичь очень высокой эффективности 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.

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.

Эксплуатация и обслуживание

Дополнительный пруд на очистных сооружениях парка Флуминенсе в Сеаре , Бразилия

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 и частого удаления, обработки и утилизации осадка.

Пруды требуют минимального обслуживания, поскольку здесь нет тяжелого электрического или механического оборудования, требующего внимания. Единственное необходимое техническое обслуживание – это предварительная обработка (очистка экранов и удаление песка), плановая проверка труб, плотин и других гидротехнических сооружений, а также удаление нежелательной растительности на насыпях.

Удаление осадка

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.

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. В первом случае поступление сточных вод в пруд, подлежащий обесшламливанию, перекрывают. 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 машин (только для небольших водоемов), 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.

Затраты

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.

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. В зависимости от конкретной ситуации в регионе затраты на строительство могут увеличиваться и выравниваться по сравнению с другими технологиями.

Пруды-стабилизаторы отходов являются одним из самых дешевых процессов очистки сточных вод с точки зрения эксплуатации и обслуживания.

Сравнение с другой инфраструктурой

Следующие типы инфраструктуры водоснабжения и водоотведения могут внешне напоминать пруды-стабилизаторы отходов, но это не одно и то же:

• В аэрируемых лагунах используются механические аэраторы, которые обеспечивают кислород для стабилизации органических веществ. Аэрированные лагуны могут использоваться в качестве первой ступени линии очистки вместо анаэробных прудов для ограничения выброса неприятных запахов газов, но при этом требования к энергии и техническому обслуживанию приводят к более высоким эксплуатационным расходам.
• Построенные водно-болотные угодья предназначены для улучшения качества воды путем поддержки укоренившейся растительности, предназначенной для физического удаления твердых частиц и твердых частиц, одновременного удаления растворимых питательных веществ из воды путем их поглощения тканями растений и подачи кислорода в воду для снижения БПК.
• Водоотборные бассейны используются для управления ливневыми стоками с целью предотвращения наводнений и эрозии нижнего течения , а также улучшения качества воды в прилегающей реке , ручье , озере или заливе . Отстойники похожи, но представляют собой «сухие пруды», предназначенные для временного удержания стоков в качестве меры борьбы с наводнениями.
• Инфильтрационные бассейны представляют собой пруды, предназначенные для просачивания их содержимого в нижележащие проницаемые почвы.
• Отстойники предназначены для отделения твердых частиц от сточных вод без обеспечения их очистки.

См. также

• Очистка промышленных сточных вод
• Лагуна
• Перечень технологий очистки сточных вод
• Естественный пруд для купания
• Организмы, используемые для очистки воды

Внешние ссылки

• Публикации о прудах в библиотеке Альянса устойчивой санитарии
• Фотографии стабилизационного пруда: введите «пруд» в поле поиска базы данных фотографий SuSanA на Flickr.