Пруд-стабилизация отходов - Википедия - Waste stabilization pond

Схема трех основных типов бассейнов стабилизации отходов (ПОБВ): (1) анаэробный, (2) факультативный и (3) аэробный (созревание), каждый из которых имеет различные характеристики обработки и конструкции.[1]

Пруды-отстойники (ПОБВ или же стабилизирующие пруды или же лагуны стабилизации отходов) находятся пруды разработан и построен для очистки сточных вод для уменьшения содержания органических веществ и удаления патогены из Сточные Воды. Это искусственные впадины, ограниченные земляными постройками. Сточные воды или «приток» попадают с одной стороны пруда-стабилизации отходов и выходят с другой стороны в виде «сточных вод» после нескольких дней пребывания в пруду, в течение которых происходят процессы очистки.

Пруды-отстойники используются во всем мире для очистки сточных вод и особенно подходят для развивающиеся страны которые имеют теплый климат.[2] Их часто используют для лечения сточные воды и промышленные стоки, но также может использоваться для обработки муниципальных стоков или ливневая вода. Система может состоять из одного пруда или нескольких прудов в серии, причем каждый пруд играет свою роль в удалении загрязняющие вещества. После очистки сточные воды могут быть возвращены в поверхностные воды или повторно использованы в качестве орошение вода (или очищенная вода ), если сточные воды соответствуют требуемым стандартам сточных вод (например, достаточно низким уровням патогены ).

Пруды для стабилизации отходов включают естественные процессы очистки, которые требуют времени из-за медленных темпов удаления. Следовательно, требуются большие площади, чем для других процессов обработки с использованием внешних источников энергии. В описанных здесь прудах-стабилизациях не используются аэраторы. Высокопроизводительная технология лагуны, в которой используются аэраторы, имеет гораздо больше общего с активный ил процесс. Такой вентилируемые лагуны использовать меньшую площадь, чем требуется для традиционных стабилизационных прудов, и они также распространены в небольших городах.[3]

Основы

Пруд стабилизации отходов на Гранд Агадир, Марокко (Станция Мазар)
Сточные воды с высокой скоростью водоросли пруд и два пруда для созревания в Аттауи, Марокко. Обратите внимание на зеленый цвет, вызванный водорослями.

Концепция стабилизации

Канализация и многие виды промышленные сточные воды содержат органические вещества. Если сточные воды сбрасываются без очистки в Поверхность воды тела (например, реки и озера), их органическое вещество служит пищей для микроорганизмы живущие в поверхностных водах. Эти организмы используют органическое вещество для производства энергии для своего роста и воспроизводства. Это делается через их дыхание, в котором они превращают органические вещества в диоксид углерода и воду. Эти стабильные компоненты не вызывают проблем с загрязнением воды. Поэтому это часто называют «стабилизацией» органического вещества.

Однако эти организмы используют кислород в своем дыхании, снижая таким образом концентрацию кислорода в поверхностных водах. Это один из основных загрязнение воды проблемы, которые могут повлиять на поверхностные воды биота, включая рыбу.[4][5]

Пруды для стабилизации отходов воспроизводят эти биологические явления до того, как они проявятся в принимающих поверхностных водах 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 органического вещества внутри них, как часть очистки. За это они и получили название пруды-отстойники.[6]

Микроорганизмы

Реакции происходят при совместном участии нескольких микроорганизмов, обитающих в пруду. Органическое вещество измеряется как биохимическая потребность в кислороде (БПК). Значения БПК в стоке пруда ниже, чем в притоке, что отражает удаление органических веществ. Этот пруд биом использует в пищу органические вещества из сточных вод.

Питательные вещества преобразуются в клеточный материал и энергию для жизненных процессов, включая воспроизводство и рост живых клеток. Некоторые из этих живых клеток будут потребляться организмами с более высокой трофические уровни в пруду. В прудах наиболее важной группой микроорганизмов являются бактерии, которые используют большую часть органических веществ из сточных вод, но также потребляют кислород.

Водоросли являются еще одной важной группой микроорганизмов. Они не зависят от органического материала от притока. Вместо этого они предпринимают фотосинтез, в котором они производят органическое вещество для собственного потребления и, что очень важно, выделяют кислород. Выделяемый избыток кислорода поддерживает дыхание аэробные организмы в пруду. Атмосферный кислород также растворяется в жидкости, что помогает поддерживать аэробный слой на поверхности пруда.

Уровни кислорода

Концентрация кислорода в столбе жидкости варьируется: вблизи поверхности концентрация высока и поддерживает рост аэробных организмов. Ближе к дну пруда проникновение солнечного света низкое, и, следовательно, фотосинтетическая активность снижается. Это приводит к тому, что там концентрация кислорода становится низкой. Наконец, в донных отложениях кислорода вообще нет. Здесь органические вещества удаляются путем пищеварения, осуществляемого анаэробные организмы.[6]

Пруд для анаэробной обработки в плохом состоянии. Кариба, Зимбабве (необходимо удалить осадок)

Удаление болезнетворных микроорганизмов

Патогенные микроорганизмы могут быть эффективно удалены в прудах для стабилизации отходов. Для удаления патогенов в основном используются пруды для созревания, хотя некоторое удаление происходит и в других прудах системы. Чем больше прудов в серии, тем эффективнее удаляются патогены.

Удаление болезнетворных бактерий и вирусы происходит в основном путем инактивации. Патогены инактивируются в результате сложного взаимодействия механизмов, которые включают pH (значение pH в прудах высокое из-за фотосинтеза водорослей), температуру, ультрафиолетовая радиация присутствуют в солнечном свете, который достигает поверхности пруда, и в фотоокислительных реакциях с использованием высоких концентраций растворенного кислорода.[7][8]

Простейшие патогены присутствуют в сточных водах в виде цист или ооцист. Гельминты (черви) присутствуют в виде яиц. Простейшие и возбудители гельминтов могут быть удалены за счет 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 требованиям Всемирная организация здоровья руководство по орошению очищенными сточными водами (или "очищенная вода ").[9] Однако ил (отстой) из прудов может быть сильно загрязнен яйцами гельминтов, которые могут сохраняться даже после нескольких лет хранения ила внутри пруда.[10]

Типы

Основные конфигурации систем прудов стабилизации отходов.

Пруды для стабилизации отходов состоят из искусственных бассейнов, состоящих из одной или нескольких серий анаэробных, факультативных прудов или прудов созревания.[11] Наличие или отсутствие кислорода зависит от трех различных типов прудов, используемых последовательно. В прудах-стабилизациях анаэробных отходов очень мало растворенного кислорода, поэтому преобладают анаэробные условия. Пруды второго типа, пруды с факультативной стабилизацией, поддерживают аэробную поверхностную среду обитания над анаэробной бентосной средой обитания.[12] Пруды для созревания предлагают аэробные условия повсюду, от поверхности до дна.

Основные конфигурации прудовых систем:[4][13]

  • 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 взвешенные вещества из сточных вод оседает, тем самым удаляя органические вещества (BOD ) внесенный этими твердыми телами. Кроме того, часть растворенных органических веществ удаляется анаэробное пищеварение. На втором этапе в факультативном пруду, большая часть оставшегося БПК удаляется главным образом гетеротрофный бактерии, получающие кислород в результате фотосинтеза водорослей. Основная функция третичной стадии в прудах созревания - удаление патогенов, хотя она также может помочь в питательное вещество сокращение (т.е. азот ).[12] Тем не мение, азотфиксация водоросли, живущие в системах стабилизационных прудов, могут повышать уровень азота в стоках стабилизационных прудов.[6]

Анаэробные пруды

Основная статья: Анаэробная лагуна

Анаэробные пруды получают сырые Сточные Воды. У них меньшая площадь поверхности по сравнению с факультативными прудами, а также большая глубина (обычно от 3,0 до 5,0 м). Глубина снижает влияние производства кислорода при фотосинтезе, 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, поступающего в факультативные водоемы, и, следовательно, уменьшает их требуемый размер.[4] Недостатком прудов анаэробной стабилизации является потенциальный сброс зловонный газы. Это особенно включает сероводород с запахом тухлых яиц, если в системе есть проблемы в работе.[14]

Первый биом пруда в серии стабилизационных прудов переваривает гниющий твердые частицы, взвешенные в очищаемых сточных водах. Анаэробные пруды позволяют твердым частицам оседать на дне в виде осадка. Это отстаивание удаляет часть органического материала в виде частиц.[14] Большая часть осажденных твердых частиц будет накапливаться вблизи того места, где сточные воды попадают в пруд. Следовательно, анаэробные пруды должны 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 могут расщеплять сложные органические отходы на основные соединения, которые менее вредны для окружающей среды.[15] Поскольку анаэробные организмы могут процветать только при высоких температурах, анаэробные пруды не подходят для умеренного или холодного климата.

Ил накапливается на дне анаэробных водоемов, и его необходимо удалять каждые несколько лет.

Факультативные пруды

Факультативный пруд на Руаи, Кения
Основная статья: Факультативная лагуна

Пруды факультативной стабилизации, в которые поступают неочищенные сточные воды, называются первичными факультативными прудами. Если они получают сточные воды, которые уже были очищены в анаэробных прудах, их называют вторичными факультативными прудами. Пруды дополнительной стабилизации также могут использоваться для обработки после других типов процессов обработки, таких как реакторы с восходящим потоком анаэробного слоя ила (UASB), окислительные канавы или же вентилируемые лагуны. По сравнению с анаэробными прудами, факультативные пруды мельче (глубина от 1,5 до 2,5 м) и имеют гораздо большую площадь поверхности. Площадь поверхности важна, потому что она позволяет атмосферному кислороду растворяться, а солнечному излучению проникать в воду. Это позволяет осуществлять фотосинтетическую активность, которая производит больше кислорода.

В большинстве прудов и бактерии, и водоросли необходимы для максимального разложения органических веществ и удаления других загрязнителей.[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) органических веществ в сточных водах.

В прудах обитают несколько видов беспозвоночных, контролирующих популяцию водоросли, который затем оседает на дно.[15] Сильный рост водорослей может препятствовать проникновению солнечного света в пруд. Это снижает способность фотосинтеза обеспечивать кислород в пруду.

При очистке сточных вод системы, состоящие из анаэробных прудов, за которыми следуют факультативные пруды, обычно имеют общую эффективность удаления БПК от 75 до 85%. Трудно достичь более высокой эффективности, поскольку сточные воды содержат высокие концентрации твердых частиц органического вещества в форме водорослей, которые естественным образом образуются во время очистки.

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

Пруды для созревания

Некоторое дополнительное удаление органических веществ и других загрязнителей может быть достигнуто в прудах созревания. Эти водоемы включаются в линию очистки только тогда, когда требуется высокая эффективность удаления патогенов, либо для сброса очищенных стоков в Поверхность воды тела, или для использования для орошения или аквакультура. Они обычно используются после факультативных прудов, но могут также использоваться после других процессов обработки, таких как анаэробное иловое покрытие с восходящим потоком (UASB) реакторы.[16] Их также можно было разместить после активный ил процесс.

Пруды для созревания должны быть неглубокими (глубиной около 1,0 м или меньше) с большой площадью поверхности, чтобы больше кислорода могло растворяться в воде, давая бактериям достаточно кислорода для нормального функционирования.[14] Мелкие водоемы получают выгоду от высокой фотосинтетической активности, связанной с проникновением солнечной радиации. Значения pH высокие из-за интенсивного фотосинтеза, а проникновение ультрафиолетового излучения происходит в верхние слои. Оба эти фактора способствуют удалению патогенных бактерий и вирусов. Учитывая большую площадь водоемов для созревания, цисты простейших и яйца гельминтов также удаляются, при этом основным механизмом является отложение осадка.[8][6]

Накопление ила в прудах для созревания очень низкое.

Очень высокая эффективность удаления патогенов может быть достигнута в зависимости от нескольких факторов: температуры, гидравлическое время удержания (количество времени, в течение которого жидкость остается в системе - от входа до выхода), количество прудов в серии, наличие перегородок и глубина прудов.[8]

Пруды для созревания могут использоваться в сочетании с дождевая вода резервуар сформировать экологически чистый самоочищающийся резервуар для орошения.[17][18]

Применение и пригодность

Пруды для стабилизации отходов очень эффективны в выполнении своей основной задачи по удалению органических веществ и, при некоторых условиях, патогенных организмов. Их критерии проектирования очень мало изменились с годами.[15] Пруды просты в проектировании, строительстве, эксплуатации и обслуживании, что очень важно в отдаленных районах и в развивающиеся страны где сложное оборудование и высококвалифицированная рабочая сила недоступны. Строительство может осуществляться местными подрядчиками в небольших городах.

Пруды для стабилизации отходов работают практически во всех средах и могут обрабатывать большинство типов Сточные Воды.[6] Они особенно хорошо подходят для тропических и субтропических стран, потому что 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 нематоды (черви) и гельминт яйца.[9]

Пруды не могут обеспечить очень высокую эффективность удаления органических веществ и обычно имеют низкую производительность по удалению азота и фосфор. Стоки обычно имеют высокие концентрации взвешенные вещества в результате производства водорослей в прудах. Следовательно, пруды не являются подходящей технологией в районах, где существуют строгие стандарты сброса, если не включены дополнительные этапы доочистки.[19][14]

Поскольку пруды требуют больших площадей, они могут оказаться непрактичными в непосредственной близости от городов, где земля дорогая. Подходящий топография и подходящий почва конструкции также желательны, чтобы снизить затраты на строительство.

Эксплуатация и обслуживание

Что касается эксплуатации и технического обслуживания, то задачи, выполняемые оперативным персоналом, очень просты и не требуют специальных навыков. Кроме того, отсутствуют энергозатраты на аэрацию, обслуживание тяжелого оборудования и частое удаление осадка. обработка осадка и утилизация.

Пруды требуют очень небольшого ухода, так как нет тяжелого электрического или механического оборудования, требующего внимания. Единственное необходимое текущее обслуживание - это предварительная обработка (очистка сеток и удаление песка), текущая проверка труб, плотин и других гидротехнических сооружений и удаление нежелательной растительности на насыпях. [6][4]

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 емкости для хранения ила по сравнению с факультативными прудами. В факультативных прудах удаление ила может потребоваться только с интервалами от 15 до 25 лет. В прудах для созревания накопление ила очень мало.[6]

Удаление ила, также называемое очисткой от шлама, может быть выполнено двумя основными способами: (i) прерыванием работы пруда для удаления шлама или (ii) поддержанием работы пруда во время удаления шлама.[6] В первом случае поступающие сточные воды в очищаемый пруд закрываются. После этого пруд сливают, а донный ил оставляют для открытой сушки на несколько недель. В этот период сточные воды, подлежащие очистке, необходимо отвести в другие водоемы системы. После высыхания ила его можно удалить вручную (очень трудоемко в больших прудах) или механически с помощью тракторов или механических скребков. Во втором варианте, когда пруд оставляют в эксплуатации во время очистки от шлама, удаленный ил будет влажным и потребует дополнительной сушки. Это делается вне пруда. Удаление ила может производиться всасыванием и откачкой с помощью вакуумные грузовики (только для небольших водоемов), выемка грунта, откачка с плота или использование другого механического оборудования. В любом случае количество удаляемого ила очень велико, учитывая его накопление в течение многих лет. Этот процесс очень трудоемкий, дорогостоящий и требует тщательного планирования.[6]

Расходы

При выборе процесса очистки сточных вод, помимо технических аспектов, относящихся к каждой альтернативе, очень важную роль играют также факторы стоимости. Последние в основном можно разделить на (i) затраты на строительство и (ii) затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Пруды для стабилизации 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 участка, трудно 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 стоимость строительства может увеличиваться и сравняться с другими технологиями.

Пруды-стабилизаторы сточных вод - один из самых дешевых процессов очистки сточных вод с точки зрения эксплуатации и обслуживания.[6]

Сравнение с другой инфраструктурой

Следующие типы инфраструктуры водоснабжения и водоотведения могут внешне напоминать пруды-отстойники, но не являются одинаковыми:

  • Аэрированные лагуны полагаться на механические аэраторы, обеспечивающие кислород для стабилизации органических веществ. Аэрируемые лагуны могут использоваться в качестве первой ступени в линии очистки вместо анаэробных прудов для ограничения выделения зловонных газов, но при этом требования к энергии и обслуживанию вызывают более высокие эксплуатационные расходы.
  • Построенные водно-болотные угодья предназначены для улучшения качества воды за счет поддержки укорененной растительности, приспособленной для физического удаления твердых частиц и твердых частиц, при одновременном удалении растворимых питательных веществ из воды путем поглощения тканями растений и подачи кислорода в воду для снижения БПК.
  • Удерживающие бассейны используются для управления ливневая вода сток предотвращать наводнение и вниз по течению эрозия, и улучшить качество воды в соседнем река, транслировать, озеро или же залив. Тазики для задержанных похожи, но представляют собой «сухие пруды», предназначенные для временного удержания стока 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 обработки этих твердых частиц.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тилли, Э., Ульрих, Л., Люти, К., Реймонд, доктор наук, Цурбрюгг, К. (2014) Сборник санитарных систем и технологий - (2-е пересмотренное издание). Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (Eawag), Дюбендорф, Швейцария. ISBN  978-3-906484-57-0.
  2. ^ Пенья Варон, М., Мара, Д. (2004). Пруды стабилизации. Международный центр воды и санитарии IRC. Делфт, Нидерланды.
  3. ^ "Главная страница технических заметок". www.lagoonsonline.com. Получено 2018-01-19.
  4. ^ а б c d е фон Шперлинг, Маркос (2005). Биологическая очистка сточных вод в регионах с теплым климатом. Черничаро, Карлос Аугусто де Лемос. Лондон: IWA. ISBN  9781843390022. OCLC  62306180.
  5. ^ фон Шперлинг, Маркос (2007). Основные принципы очистки сточных вод. Лондон, Великобритания: Издательство IWA. ISBN  978-1843391623. OCLC  878137398.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k л фон Шперлинг, Маркос (30 марта 2007 г.). Пруды-отстойники. Лондон. ISBN  9781843391630. OCLC  878137182.
  7. ^ Уивер, L; Уэббер, Дж; Карки, Н; Томас, К; Mackenzie, M; Lin, S; Инглис, А; Уильямсон, W (2016). «Оптимизация прудов сточных вод для эффективного удаления патогенов» (PDF). 11-я конференция группы специалистов IWA по технологии прудов для сточных вод, Университет Лидса, март 2016 г.
  8. ^ а б c d Вербила, М., фон Шперлинг, М., Юнусса, М. (2017). Пруды-отстойники. В: Дж. Б. Роуз и Б. Хименес-Сиснерос, (ред.) Глобальный проект по водным патогенам. (К. Хаас, Дж. Михельчич и М. Вербила) (ред.). Часть 4. Управление рисками, связанными с экскрементами и сточными водами. ). Университет штата Мичиган, Э. Лансинг, Мичиган, ЮНЕСКО.
  9. ^ а б ВОЗ (2006). Руководство ВОЗ по безопасному использованию сточных вод, экскрементов и серой воды - Том IV: Использование экскрементов и серых вод в сельском хозяйстве. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Женева, Швейцария
  10. ^ Стюарт М. Окли, факультет гражданского строительства Калифорнийского государственного университета:Необходимость очистки сточных вод в Латинской Америке: тематическое исследование использования прудов стабилизации сточных вод в Гондурасе, Ежеквартальная статья жюри Small Flows, весна 2005 г., том 6, номер 2
  11. ^ Рамадан, Хамзе Х .; Понсе, Виктор М. «Проектирование и работа бассейнов стабилизации отходов». Государственный университет Сан-Диего. Получено 2016-10-26.
  12. ^ а б Ашворт; Скиннер (19 декабря 2011 г.). «Руководство по проектированию пруда-стабилизации отходов» (PDF). Энергетическая и водная корпорация. Энергетическая и водная корпорация.
  13. ^ USEPA (2011 г.) Принципы проектирования и эксплуатации систем прудов для очистки сточных вод для операторов, инженеров и менеджеров предприятий. EPA / 600 / R-10/088. Агентство по охране окружающей среды США
  14. ^ а б c d е Моррис, Дж (2010). «Департамент природных ресурсов Мичигана» (PDF). Департамент природных ресурсов штата Мичиган.
  15. ^ а б c d Цинциннати, О. (29 июня 2010 г.). Отображение документов НЕПИС.
  16. ^ Черничаро, C.A.L. (2007). Анаэробные реакторы. Том 4. Биологическая очистка сточных вод.. Лондон, Великобритания: Издательство IWA. ISBN  978-1843391623.
  17. ^ «Экологические водоемы, используемые для сельского хозяйства / орошения». Oieau.fr. Архивировано из оригинал на 2011-07-21. Получено 2010-10-05.
  18. ^ SwimPond Incorporated. «водоемы сделаны самоочищающимися за счет добавления очистного пруда». Swimpond.com. Архивировано из оригинал на 2011-07-16. Получено 2010-10-05.
  19. ^ фон Шперлинг, Маркос (2016-08-01). Перрони, Алехандра (ред.). «Очистка городских сточных вод в Бразилии». Дои:10.18235/0000397. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  20. ^ Артур, Дж. П. (1983). Примечания по конструкции и эксплуатации прудов стабилизации отходов в теплом климате развивающихся стран. Технический документ № 7. Вашингтон, округ Колумбия

внешняя ссылка