Спосіб глибокого очищення стічних та поверхневих вод та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к способам и устройствам очистки канализационных, сточных промышленных, бытовых и природных вод от гр убодисперсных примесей (ГДП), растворенных органических ве ществ и обеззараживания от патогенной микрофлоры, личинок и яиц гельминтов и предназначено для использования глубокоочищенной воды для повторного технического водоснабжения предприятий тяжелой, машиностроительной, легкой и пищевой промышленности, а также в водопроводных системах жилищнокоммунального хозяйства для пополнения запасов глубоких водоносных горизонтов и безнапорных потоков. Известен способ и устройство с высшими водными растениями (ВВР) по глубокой очистке и фильтрованию воды (заявка ФРГ № 2163283, кл. С 02 С 1/02, 1978), который состоит из трех ступеней. На первой ступени седиментируются крупные взвешенные вещества, а частицы с низким удельным весом всплывают и осветленную воду отводят. На второй ступени воду пропускают через параллельно расположенные фильтрующие грядки, на которые попеременно подают осветленные стоки. Грядки дренируют воду пока на других подсыхает слой образовавшегося шлама. На третьей ступени отведенные фильтрованные стоки направляются на грядки, засаженные ВВР, вода фильтруемая по корневой системе растений, освобождается от растворенных органических соединений. Корневища сорбируют остаточные загрязнения и используют их в качестве питательных веществ. Такой способ и устройство трудоемки и сложны в эксплуатации, так как необходимо большое количество фильтрующих грядок и отведение огромного участка земли для размещения трехступенчатой очистки воды. Недостатком данного способа и устройства в зимнее время является то, что оно не может быть использовано для очистки воды, так как грядки промерзают и высшая водная растительность погибает. Извествен способ и устройство подготовки воды для искусственного обогащения запасов подземных вод (Кульский Л.Α., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Изд. "Вища школа", 1981, с. 286-288). В этом способе очищаемая вода подается в фильтрационный бассейн фильтруется по прикорневой системе высшими водными растениями, в качестве которых используются камыш или дикий рис, доочищается при прохождении фильтрующего слоя на дне бассейна, включающего слой песка толщиной 0,7-1,0 м; затем очищенная вода отводится. Очистка может также здесь осуществляться при помощи напорной фильтрации через скважины. Устройство, применяемое при этом, включает фильтрационный бассейн с фильтрующим слоем на дне, подводящую и отводящую арматуру. Ввиду большого содержания в подаваемой воде ГДП, железа, марганца и высокого колииндекса ее необходимо подготавливать до норм ГОСТа путем аэрирования или микрофильтрования. Указанные меры недостаточно эффективны и, как обычно, инфильтрационные бассейны приходится чистить не менее двух-трех раз в год с целью уменьшения кольматации поверхностного слоя загрузки песчаного фильтра. В основу изобретения поставлена задача создания способа глубокой очистки сточных и поверхностных вод и устройства для его осуществления, в котором производится очистка фильтрующего слоя продувкой воздухом или водой и отводятся всплывшие взвешенные частицы, даны условия наполнения бассейна и посадки высших водных растений, а также предложено водозаборно-аэрирующее устройство новой конструкции, при этом органическая фракция минерализуется бактериями, а соли хлоридов, натрия, кальция, магния и др. сорбируются корневой системой водных растений, атомарный кислород, поступающий через корневища, губительна действует на патогенную микрофлору и поддерживает аэробные условия в фильтрующем слое; при накоплении осевших ГДП и разрастаний биоценозов производится быстрая очистка фильтрующего слоя, и за счет этого интенсифицируется фильтрация воды, улучшается качество ее очистки и обеззараживание. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки сточных и поверхностных вод, включающем подачу очищаемой воды в фильтрационный бассейн, фильтрацию ее по прикорневой системе высшими водными растениями, доочистку ее при прохождении фильтрующего слоя на дне бассейна, отвод очищенной воды, согласно изобретению. Фильтрующий слой на дне бассейна включает песчано-гравийную или песчаную загрузку, и при кольматации фильтрующего слоя его продувка осуществляется воздухом или водой, а всплывшие взвешенные вещества выносятся потоком воды из бассейна, при этом возможно, чтобы глубина наполнения фильтрационного бассейна составляла 0,1-2,0 м, причем в ранне-весеннее время, в начале вегетации высшей водной растительности, глубина наполнения составляла 0,1 - 0,2 м, а вегетирующие листья и стебли должны располагаться над уровнем воды на высоте 0,05-0,02 м. Устройство для глубокой очистки сточных и поверхностных вод, содержащее фильтрационный бассейн с фильтрующим слоем на дне, подводящую и отводящую арматур у, вентили, согласно изобретению в фильтрующем слое устанавливается водозаборно-аэрирующее устройство, включающее систему фильтросных труб, соединенную через запорный вентиль с трубопроводом очищенной воды, а также - через запорный вентиль с трубопроводом подачи кислорода, воздуха или воды, система укладывается на глубину 2-100 м, с одной стороны к верхней части бассейна подведены сбросные трубопроводы, а с другой - над бассейном, перпендикулярно ему установлен подающий трубопровод, при этом возможно, что водозаборноаэрирующее устройство состоит из горизонтальных и вертикальных фильтросных труб. При использовании данного способа в сочетании с предлагаемым устройством достигается значительная интенсификация фильтрации воды с ее доочисткой и обеззараживанием в толще загрузки песчаногравийного или песчаного фильтра, выполняющего одновременно и роль биофильтра, а при разрастании ризосферы биопленки в поверхностном слое фильтра и внутри его, кольматационный эффект устраняется за счет продувания толщи фильтра сжатым воздухом или пропусканием воды в противоток фильтрующей воде, всплывающая биопленка и взвешенные вещества осевшие на дно удаляются с потоком воды через спускные отверстия из фильтрационного бассейна в пруд-отстойник. Водозаборное устройство сбора глубоко очищенной воды проходящей через слой песчано-гравийного или песчаного фильтра для экономичности выполнят и роль аэратора загрузки этого фильтра. Продувка производится при помощи кислорода воздуха или подачи воды в противоток, при этом водозаборно-аэрирующее устройство с целью увеличения площади сбора воды может быть оборудовано вертикальными и горизонтальными водозаборными ответвлениями фильтросными трубами, однако оно может иметь и другой вид. Водозаборное устройство за счет рационального расположения горизонтальных и вертикальных фильтросных труб обеспечивает оптимальный перехват фильтруемой воды, а при его использовании как аэратора позволяет практически полностью промыть загрузку песчаного или песчано-гравийного фильтра. В зависимости от качества поступающей на доочистку воды водозаборно-аэрирующее устройство может укладываться на большую глубину - от 2 до 100 м. Заборные фильтросные трубы выполняются из любого материала или из гончарных тр убок и для долговечности могут быть обернуты в несколько слоев фильтровальной тканью. При укладке водозаборно-аэрирующего устройства на глубину меньше 2 м происходит следующее. При продувке воздухом все растения будут вынесены, изменится структура фильтрационной загрузки. Укладка во-дозаборно-аэрирущего устройства на глубину более 100 м нецелесообразна, так как требуются очень большие энергетические затраты на продувание. Таким образом, устройство укладывается на глубину, которая обеспечивает полную доочистку и обеззараживание воды. Подающий трубопровод расположен перпендикулярно спускным отверстиям из бассейна фильтрации, что обеспечивает ток воды в одну сторону и во время промывки выносятся все всплывшие взвешенные вещества , что способствуе т устранению тяжелого физического труда по его очистке от грязи, уменьшается время очистки бассейна и не нарушается корневая система В В Р. Устройство может работать круглогодично как в условия х теплого, так и сурового, с затяжными зимами климата. Фильтрационный бассейн предлагается засаживать высшими водными растениями, например, чередой, рогозом, камышом. Возможны и другие сочетания высших водных растений, которые наиболее приспособлены к сорбции специфических загрязнений того или иного источника. Особенность способа в том, что при посадке высших водных растений и в ранне-весеннее время наполнение бассейна фильтрации начинают производить с глубины 0,10-0,20 м по мере нарастания стеблей и листьев с таким условием, чтобы они были выше уровня воды на 0,20 м. Уровень воды в бассейне фильтрации для увеличения гидравлической нагрузки на песчаную или песчано-гравийную загрузку регулируется таким образом, что глубина его наполнения, при снижении фильтроцикла, может достигать 2 м. В ранневесенний период, сразу после весенней промывки фильтра и бассейна фильтрации, гидравлическую нагрузку снижают до 0,1 м, и при появлении новых побегов растений, гидравлическая нагрузка увеличивается по мере роста растений, но с таким расчетом, чтобы 0,20 м листьев и стеблей были выше уровня воды в бассейне. Изменение глубины наполнения бассейна с ВВР позволяет использовать его круглогодично. Исследованиями установлено, что корневая система не снижает вегетационных процессов в зимнее время за счет выброса 3-5 стрел побегов, а сорбция минеральных и биогенных солей в это время более высокая, чем в летнее. В качестве фильтрующе го слоя на дне бассейна используют песчаную или песчано-гравийную загрузку. Для данного способа лучше использовать песчано-гравийную загрузку, так как при продувании воздухом толщи фильтра меньше частиц его попадает во взвешенное состояние. Очищаемая вода омывает корневища ВВР и песчано-гравийную загрузку фильтрационного бассейна в результате развития в загрузке биопленки обрастания органическая фракция минерализуется бактериями, а соли хлоридов натрия, кальция, магния и др. сорбируются корневой системой водных растений. Через корневища в толщу загрузки поступает атомарный кислород, который губительно действует на патогенную микрофлору и растворяясь в воде поддерживает аэробные условия в загрузке фильтра. Устройство для глубокой очистки сточных и поверхностных вод состоит из фильтрационного бассейна 1. Подающий трубопровод 2 расположен перпендикулярно поверхности бассейна. На дне бассейна расположена песчаная или песчано-гравий-ная загрузка 3. Под днищем бассейна на глубине 2-100 м уложено водозаборно-аэри-рующее устройство 4, состоящее из горизонтальных фильтросных тр уб 5 и вертикальных фильтросных труб 6. Водозаборно-аэрирующее устройство 4 через запорный вентиль 7 соединено с трубопроводом очищенной во-, ды 8, а также оно соединено через запорный вентиль 9 с трубопроводом подачи воздуха или воды 10. К верхней части бассейна подведены трубопроводы 11 с вентилями 12. Причем расположены эти трубопроводы с противоположной стороны от подающего трубопровода 2. Способ глубокой очистки сточных и поверхностных вод заключается в следующем: в бассейн фильтрации (после укладки водозаборно-аэрирующего устройства) засыпается песчаная или песчано-гравийная загрузка 3 и после посадки высших водных растений его заполняют водой. В качестве высши х водных растений можно использовать рогоз, череду, камыш. Глубина наполнения фильтрационного бассейна составляет 0,1-2 м, причем в ранне-весеннее время, в начале вегетации высшей водной растительности, глубина наполнения составляет 0,1-0,2 м, а вегетирующие листья и побеги располагаются над уровнем воды на высоте 0,05-0,2 м. Водозаборно-аэрирующее устройство 4 уложено на глубину 2-100 м и состоит из горизонтальных фильтросных труб 5 и вертикальных фильтросных труб 6. Очищенные сточные воды, воды после очистных сооружений, условно-чистые и дождевой сток по подающему трубопроводу 2 поступают в фильтрационный бассейн 1. Вода, фильтруясь по песчаной или песчано-гравийной загрузке 3, омывая корневища высших водных растений, проходит дополнительную очистку за счет сорбции минеральных солей корневищами, а органическая фракция минерализуется биопленкой обрастания песчано-гравийной загрузки в аэробных условиях. Кислород постоянно выделяется в толщу загрузки через корневища. Глубоко доочищенная вода попадает в вертикальные 6 и горизонтальные 5 фильтросные трубы, откуда поступает в водозаборноаэрирующее устройство 4 и из него забирается в систему оборотного технического или питьевого водоснабжения. При снижении фильтрации до 15-25 л/м 2 в сутки запорный вентиль 7 трубопровода очищенной воды 8 закрывается, а вентили 12 и 9 открываются. По трубопроводу 10 подается сжатый воздух или вода, которые через вертикальные б и горизонтальные 5 фильтросные трубы поступают в толщу загрузки фильтра 3 и двигаясь вверх перемешивают загрузку и выталкивают фильтруемую воду с частичками биопленки и взвешенных ве ществ в водную толщу бассейна. По подающему тр убопроводу 2 также подается вода, которая сразу поступает на выход к сбросным трубопроводам 11 и направляется в пруд отстойник. 15 минут продувки толщи загрузки с одновременной промывкой бассейна обеспечивают полную очистку бассейна от загрязнений. Вентили 12 и 9 закрываются, вентиль 7 открывается. Через 2 часа фильтрация чистой воды полностью восстанавливается. Вода фильтруется через песок и по прикорневой системе снова попадает на водосборное устройство, а часть, образуя уровень глубоко очищенной воды, поступает на пополнение грунтового потока.