Терасні споруди очищення води деревами і водними рослинами

Винахід призначений для очищення води від домішок шляхом фітоконтактної обробки із вилученням забруднень рослинами і може бути використаний для очищення та доочищення стічної комунально-побутової води, а також води промислових підприємств, баз відпочинку, рибних господарств, систем оборотного водопостачання. Очищення із застосуванням рослинного шару відоме при використанні водойм-очищувачів [1], в яких вилучення забруднень із води провадиться шляхом поглинання шкідливих домішкових включень вищими водними рослинами. Така технологія є недосконалою, тому, що поглинання речовин, які одночасно є шкідливими речовинами для людей і поживними для рослин, вилучаються із води їх кореневою системою, котра занурена у ґрунт дна, а тому контакт між нею (кореневою системою) та водою, що містить забруднення, недостатній для їх вилучення. Неможливий і зовнішній вплив для корегування параметрів, які впливають на ефективність вилучення забруднень. Більш близькою є конструкція споруди очищення води яка складається із корпусу з вищими рослинами, до якого підведений трубопровід подачі стічної води та дренажний трубопровід відводу очищеної води [2] (прототип). Недоліком пристрою є недостатньо висока ефективність і продуктивність очищення в результаті низького значення редокс-потенціалу води, що не забезпечує диспергування розчинених забруднень і їх осадження, а також недостатня селективність вилучення домішкових включень. Це зумовлено специфікою використання в пристрої-прототипі рослинного шару, роль якого виконують рослини - мікрофіти, які хоч і розташовуються таким чином, коли може забезпечуватись достатній контакт між кореневою системою і водою, але не створені рівні умови ефективного вилучення домішок різного походження при вилученні широкого спектру домішкових включень, яким характеризуються стічні води. Так з'єднання азоту та фосфору вилучаються значно швидше ніж домішки, що містять сірку, іони металів, речовини органічного походження і можуть проходити транзитом крізь пристрій тільки тому, що рослини "віддають перевагу" більш прийнятним речовинам серед широкої гами домішок. Тому очищення супроводжується виділенням газоподібного сірководню, а разом із накопиченням органічних забруднень, їх загниванням, впливають на санітарні умови процесу очистки, особливо за умов низького насичення киснем води. Це супроводжується наявністю несприятливого запаху, що знижує екологічну безпеку використання технології в цілому, а сам процес вилучення відрізняється невисокою ефективністю і є малопродуктивним, порівняно з іншими технологіями. В основу винаходу в терасній споруді очищення води деревами і водними рослинами, яка складається із корпусу з вищими рослинами, до якого підведений трубопровід подачі стічної води та дренажний трубопровід відводу очищеної води шляхом виконання корпусу у ви гляді окремих контейнерів, розташованих послідовно терасами, заповнених мінеральним завантаженням та водою, при цьому в кожному із контейнерів розміщений відповідний вид рослин, останній контейнер не містить завантаження, при цьому контейнери послідовно з'єднані за допомогою системи дренажу, котрий виконаний таким чином, що дренажна система відбору води з попереднього контейнера переходить в дренаж подачі води в наступний контейнер забезпечити підвищення редокс-потенціалу води, що очи щається, а також селективності вилучення забруднень. Поставлена задача досягається в терасній споруді очищення води деревами і водними рослинами, яка складається із корпусу з ви щими рослинами, до якого підведений трубопровід подачі стічної води та дренажний трубопровід відводу очищеної води, за рахунок того, що корпус виконаний у вигляді окремих контейнерів, розташованих послідовно терасами, заповнених мінеральним завантаженням та водою, при цьому в кожному із контейнерів розміщений відповідний вид рослин, останній контейнер не містить завантаження, при цьому контейнери послідовно з'єднані за допомогою системи дренажу, котрий виконаний таким чином, що дренажна система відбору води з попереднього контейнера переходить в дренаж подачі води в наступний контейнер. Поставлена задача може бути досягнута за рахунок того, що розміщення рослин в окремих контейнерах, розташованих послідовно, провадиться у послідовності: вологолюбні дерева, вологолюбні кущі, берегові вищі водні рослини, а останній контейнер, заповнений водою, містить плаваючі вищі водні рослини. Завдяки запропонованому те хнічному рішенню, зокрема тому, що корпус виконаний у вигляді окремих контейнерів, розташованих послідовно терасами, заповнених мінеральним завантаженням та водою із розміщенням в кожному із контейнерів відповідного виду рослин і з'єднання їх за допомогою системи дренажу, створюються умови для добору в кожну із секцій таких видів рослин, при контакті з якими може поступово підвищуватися редокс-потенціал води, що очищається за рахунок поступового вилучення окремого типу домішок. Разом із тим ці рослини здатні найбільш ефективно вилучати домішкові включення різного походження, тобто, створити умови селективного (вибіркового) вилучення забруднень із води, яка містить широкий спектр забруднень. При цьому в кожній із секцій, завдяки саме підбору відповідного виду рослин, забезпечуються проведення масообмінних процесів поглинання рослинами домішок із стічної води із максимальною ефективністю і продуктивністю. Виконання корпусу у вигляді терас із контейнерів, гідравлічно з'єднаних дренажною системою, дозволяє досягти саморегулювання протікання води під статичним тиском, а відокремленням контейнерів досягається локалізація контакту кореневої системи відповідного виду рослин у визначеному об'ємі, куди надходить вода на очищення. Так, за рахунок контакту з кореневою системою вологолюбивих дерев (верба, осика, тополя, вільха), із слідуючим контактуванням із кореневими системами вологолюбивих кущів (верболіз, зарості іви), берегових вищи х водних рослин (очерет, осока, лепеха), збором води у відкритому басейн-контейнері, який містить плаваючі вищі водні рослини (ейхорнія, ряска), досягається вибіркове вилучення забруднень. В першому контейнері провадиться збільшення редокс-потенціалу в результаті контакту водного середовища із кореневою системою вологолюбивих дерев, першочергове вилучення домішок органічного походження та сірководню, що виключає створення умов для появи запаху при проведені процесу очищення. В другому контейнері найбільш ефективно вилучаються азотмісткі та фосфорорганічні забруднення, для чого найбільш придатний рослинний шар із вологолюбивих кущів. В третьому контейнері, береговими водними рослинами вилучаються забруднення, що містять іони металів. Останній контейнер слугує для збору і доочищення води. На фіг.1 зображена схема терасної споруди очищення води деревами і водними рослинами. Терасна споруда очищення води деревами і водними рослинами складається із трубопроводу подачі води на очищення 1, першого контейнера 2, заповненого мінеральним завантаженням 3, в якому висаджені вологолюбні дерева 4, дренажу подачі води в перший контейнер 5, дренажу відбору води з першого контейнера 6, другого контейнера із мінеральним завантаженням 7, який містить вологолюбні кущі 8, дренажу подачі води в другий контейнер 9, дренажу відбору води з другого контейнера 10, третього контейнера із мінеральним завантаженням 11, який містить берегові вищі водні рослини 12, дренажу подачі води в третій контейнер 13, дренажу відбору води із третього контейнера 14, четвертого контейнера-басейну 15 із плаваючими вищими водними рослинами 16, трубопроводу відводу очи щеної води 17. Терасна споруда очищення води деревами і водними рослинами працює таким чином. Вода на очищення подається по трубопроводу подачі води на очищення 1 в дренаж подачі води 5 першого контейнера 2, вода Із забрудненнями фільтрується крізь мінеральне завантаження 3 (щебінь, пісок, гравій), контактуючи із кореневою системою вологолюбивих дерев 4, (наприклад, вільхою, вербою), поглинаються домішки органічного походження та сірководень, за рахунок чого відбувається підвищення редокс-потенціалу із переведенням розчинених домішок у зважений стан, разом із тим провадиться фільтрування і осадження частинок в мінеральному завантаженні. Потрапляючи в дренаж відбору води з першого контейнера 6, вода через дренаж подачі води в другий контейнер 9 надходить в мінеральне завантаження другого контейнера 7. Фільтруючись крізь завантаження із одночасним контактом із кореневою системою вологолюбивих кущів 8 (верболіз, зарості іви), провадиться вилучення розчинених азотмістких та фосфор містких забруднень, і через дренаж відбору води з другого контейнера 10 та систему 13 вода надходить в третій контейнер 11, фільтруванням крізь мінеральне завантаження з кореневою системою берегових ви щи х водних рослин 12 (очерет, осока, лепеха) вилучаються забруднення, що містять іони металів і по дренажу відбору води із третього контейнера 14, вода збирається в контейнері-басейні 15 із плаваючими вищими водними рослинами 16, де провадиться остаточне вилучення залишків забруднень, їх осадження та відведення по трубопроводу 17 очищеної води із споруди. Запропоноване технічне рішення має суттєві відмінності від конструкцій пристроїв аналогічного призначення. Це стосується використання запропонованих видів вищи х рослин їх послідовності розташування у поєднанні із виконанням форми споруди, що дозволяє досягти якісних результатів у порівнянні із відомими пристроями аналогічного призначення. Комплексне використання різних видів рослин в одній споруді створює умови вибіркового вилучення забруднень, згідно їх фізико-хімічних властивостей у поєднанні із властивостями поглинання речовин кожним видом рослин, за рахунок чого, зменшується "навантаження" в кожному із контейнерів пристрою, тому зростає ефективність, продуктивність очищення води. Очисна споруда відповідає самим високим вимогам екобезпеки, адже його робота базується на використанні природних явищ - поглинанні шкідливих для людей речовин рослинами, для життєдіяльності яких ці речовини є необхідними. Важливим є те, що терас не розташування фільтраційно-сорбційних зон дозволяє використовувати саморегулювання току води під гідростатичним тиском, а тому експлуатація споруди не вимагає використання складного обладнання і висококваліфікованого персоналу. Економічний ефект від впровадження терасних споруд очищення води деревами і водними рослинами, продуктивністю до 150 м.куб. стоків на добу складає 75...100 тис. гривень на рік за рахунок експлуатаційних витрат на електроенергію, реагенти, флокулянт. Використана інформація 1. Использование высших водных растений для биологической очистки эвтрофных водоемов. К. Янкявичюс и др. ЦООНТИ-ИНИОН, г. Вильнюс. 2. А.с. №1761678, кл. С 02F 1/00; 1/24; В 01 D36/04, 1992.