1.4.4. Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях может осуществляться в биологических прудах, на полях орошения и фильтрации, сооружениях подземной фильтрации.

Биологические пруды – искусственно созданные неглубокие водоемы, в которых происходит биологическая очистка сточных вод на слабо фильтрующих грунтах, основанная на процессах самоочищения водоемов.

Биологические пруды можно также использовать для доочистки сточных вод после их прохождения через другие сооружения биологической очистки. Пруды могут быть одиночные – мелкие непроточные глубиной 0,6 – 1,2 м или состоять из серии 3 – 5 прудов, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная на биофильтрах сточная жидкость.

Очистка сточных вод в биологических прудах может происходить в анаэробных и аэробных условиях. Анаэробные пруды имеют глубину 2,5 – 3 м.

Расчетная нагрузка на пруды для осветленных сточных вод принимается до 250 м³/га·сут., для биологически очищенных вод – до 5000 м³/га·сут. При площади пруда 0,5 – 2,5 га время пребывания сточных вод в зависимости от нагрузки колеблется от 2,5 до 10 сут.

С целью интенсификации процесса очистки сточных вод в биопруды искусственным путем подается кислород воздуха. Такие биопруды занимают значительно меньшую площадь и меньше зависят от климатических условий, они могут работать при температуре воздуха от –15 до –25 ºС, а в отдельные дни и до –40 ºС. Глубина аэрируемых биопрудов принимается около 5 м с целью снижения теплопотерь. Аэрация осуществляется с помощью дырчатых труб, расположенных у дна. Продолжительность очистки сточных вод в аэрируемых биопрудах определяется по формуле

t_сут. = ,

где Е – эффект очистки (рекомендуется принимать для одной ступени биопруда равным 70% без первичных отстойников и 50% - при их наличии);

К – константа; при температуре воды в биопруде 20 ºС К = 0,7.

На рисунке 45 показан план станции биопрудов с пропускной способностью 700 м³/га·сут.

Рис. 45. Станция биологической очистки сточных вод пропускной способностью 700 м³/сут. (план):

1, 2, 3, 4 - аэрируемый пруд соответственно I, II, III, IV ступени; 5 - пруд-отстойник; 6 - контактный пруд; 7 - производственное здание; 8 - всасывающий трубопровод технической воды; 9 - воздухопровод; 10 - напорный трубопровод технической воды; 11 - приемная камера; 12 - подводящий трубопровод диаметром 300 мм; 13 - двухъярусный отстойник; 14, 17 - песковые площадки; 15 - пескопровод; 16 - иловые площадки.

При проектировании биологических прудов следует предусматривать:

аэрацию, естественную или искусственную (выбор определяется наличием территории);

устройство отстойных секций перед прудами;

не менее двух окислительных секций;

очистку прудов.

При строительстве очистных сооружений аэрируемые биопруды требуют наименьших капитальных вложений по сравнению с другими методами очистки. Удельные затраты на этих станциях на 20 – 50% ниже, кроме того, аэрируемым биопрудам присущ высокий уровень механизации земляных работ, их строительство требует минимума железобетона и других строительных материалов.

Устраивать биологические пруды целесообразно на почвах, не пригодных для агрокультурных целей, имеющих рельеф с достаточным уклоном для последовательного проточного пропуска сточных вод во время их выдерживания в прудах.

Поля фильтрации предназначаются исключительно для почвенно-биологической очистки сточных вод без выращивания на них сельскохозяйственных культур. Они устраиваются в комплексе с полями орошения или одиночно - только для очистки сточных вод. Эти сооружения можно применять при наличии не пригодных для сельскохозяйственного использования земельных участков с фильтрующими грунтами (пески, супеси, легкие суглинки), при отсутствии опасности загрязнения грунтовых вод, идущих на питьевые нужды.

Поля фильтрации состоят из земельных участков, специально подготовленных для биологической очистки сточных вод, которые могут использоваться на агрокультурные цели.

Для полей фильтрации выбирают участок с естественным уклоном не более 0,02, не затопляемый весенними водами. По контуру полей фильтрации необходимо предусмотреть посадку ивы и других влаголюбивых древесных насаждений. Ширину полосы древесных насаждений следует принимать 10 – 20 м, в зависимости от удаленности полей фильтрации от населенных пунктов.

При определении требуемой площади для полей фильтрации исходят из нормы нагрузки сточных вод в м³/га поля. Кроме того, учитывают характер грунтов, уровень грунтовых вод и среднегодовую температуру по нормам нагрузок. Полезную площадь полей фильтрации определяют по формуле

F_п = ,

где F_п – полезная площадь полей фильтрации, га;

Q_{сут. ср.} – количество сточных вод в сутки, м³/сут.;

g_о – норма нагрузки, м³/сут.

Дополнительная площадь, необходимая для устройства оросительных валиков, разводящих и осушительных канав, дорог и сооружений на полях фильтрации, ориентировочно принимается в количестве 20 – 30% от полезной площади. Нагрузка сточных вод на поля фильтрации принимается по таблице 22.

Для предварительных расчетов площади полей фильтрации могут быть приняты по таблице 24.

Таблица 22. Нагрузка сточных вод на поля фильтрации

Наименование грунтов	Среднегодовая температура воздуха, ºС	Нагрузка сточных вод на поля фильтрации, м3/га в сутки, при залегании грунтовых вод на глубине, м
		1,5	2	3
Легкие суглинки	От 0 до 3,5		55	60
	Более 3,5 до 6		70	75
	Более 6 до 11		75	85
	Более 11		85	100
Супеси	От 0 до 3,5	80	85	100
	Более 3,5 до 6	90	100	120
	Более 6 до 11	100	110	130
	Более 11	120	130	150
Пески	От 0 до 3,5	120	140	180
	Более 3,5 до 6	150	175	225
	Более 6 до 11	160	190	235
	Более 11	180	210	250

П р и м е ч а н и я. 1. Нагрузки указаны для районов со среднегодовым количеством осадков от 300 до 500 мм.

2. Нагрузки необходимо уменьшать для районов со среднегодовым количеством осадков: 500 – 700 мм – на 15 – 25 %; более 700 – на 25 – 35 %; при этом больший процент снижения нагрузки надлежит принимать для легких суглинистых, а меньший - для песчаных грунтов.

Поля орошения – специально подготовленные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и повышения плодородия почвы при использовании их для агрокультурных целей.

Полезную площадь полей орошения рассчитывают по формуле

F_по = ,

где F_по – полезная площадь полей орошения, га;

- суточный расход сточных вод, м³/сут.;

- нормы орошения в м³ сточной жидкости на 1 га полей орошения, м³/га·сут. (табл. 23).

Подсобная площадь на проезды, оросительную и осушительную сети составляет до 25% от полезной площади земледельческих полей орошения. Размер карт (полей) зависит от вида севооборота, рельефа местности и методов полива. Ориентировочная площадь участков для полей орошения приведена в таблице 24 (с. 108).

Таблица 23. Нормы орошения земледельческих полей орошения, м³/га·сут.

Почвы	Зона увлажнения
	недостаточного	среднего	избыточного
Супесчаные и подзолистые	10	7	5
Суглинистые, подзолистые	15	10	5
Черноземы всех видов	20	15	5
Тучные черноземы	20	15	5

Поля подземной фильтрации целесообразно устраивать в зоне здания или группы зданий, когда невозможно организовать централизованную канализацию. Местная канализация в виде полей подземной фильтрации может быть устроена так, как это показано на рис. 46.

Рис. 46. Очистка сточных вод в фильтрующих колодцах:

1 - канализационный стояк; 2 - выпуск из здания; 3 - септик; 4 - водоотводная труба; 5 - фильтрующий колодец.

Сточная вода поступает от зданий в устройства для механической очистки – септики или двухъярусные отстойники. Объем септика равен 4-суточному объему сточных вод, а двухъярусных отстойников – 16 - 20 м³ сточных вод в сутки. Из них вода поступает в дрены подземной фильтрации. Сброженный осадок подсушивается на иловых площадках или вносится в почву как удобрение.

Фильтрующие колодцы предназначены для очистки бытовых сточных вод, поступающих от отдельно стоящих зданий при расчетном расходе не более 1 м³/сут., после предварительной обработки в септике. Их применяют в песчаных и супесчаных грунтах при отсутствии достаточных площадей для размещения полей подземной фильтрации и при расположении колодца не менее 1 м выше максимального уровня грунтовых вод.