Биоинженерные методы и сооружения для отвода и очистки поверхностного стока

Наиболее экономичный способ улучшения качества водной среды в зоне влияния транспортного сооружения заключается в прохождении загрязненных поверхностных стоков через приемники-отстойники с использованием биологических методов очистки воды. Биологические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разлагать или связывать входящие в состав загрязненных вод органические и неорганические вещества.

Многие микроорганизмы способны в больших количествах накапливать металлы за счет включения металлов в цитоплазму, сорбции металлов на поверхности клеточных стенок, связывания металлов метаболитами в нерастворимые формы. С помощью биосорбции даже из разбавленных растворов возможно 100%-е извлечение свинца, ртути, меди, никеля, хрома, урана и 90%-е - золота, серебра, платины, селена [12].

Один из способов биосорбции - пропускание раствора металлов через биофильтр, представляющий собой живые клетки, сорбированные на угле. Например, «Биосорбент М» (Чехия), изготовленный в виде зерен (микробных клеток и носителя) размером 0,3...0,8 мм, используют в установках на ионообменных смолах.

После концентрирования микроорганизмами металлы следует извлечь из микробной биомассы, например методом экстракции путем разрушения клеток.

Применение активных штаммов микроорганизмов-деструкторов, выделение и использование устойчивых к загрязненным водам микроводорослей, введение в очищающую систему высших водных растений привело к созданию новой комплексной биологической технологии очистки и восстановления водоемов, загрязненных нефтепродуктами.

Такая технология позволяет проводить очистку водоемов, загрязненных нефтепродуктами и нефтесодержащими стоками. Активизация процесса биологического разложения нефтепродуктов требует интенсификации бактериального разложения углеводородов и организации процесса переработки этой бактериальной биомассы в пищевых цепях.

Если в почве или воде, загрязненной ксенобиотиками, отсутствуют микроорганизмы, способные привести данные соединения к деградации, целесообразно ввести в загрязненную среду микроорганизмы-деструкторы. Подобные биопрепараты должны функционировать в широком диапазоне условий среды, проявлять физиологическую активность при возможно более низких температурах, не обладать патогенностью, быть устойчивыми к тяжелым металлам, проявлять высокую эффективность разложения органических веществ как в водной, так и в почвенной среде.

Так, препарат «Деворойл» реализует биологическую технологию очистки, основанную на применении микробных ассоциаций, активно утилизирующих углеводороды нефти. Препарат позволяет в максимально короткий срок очищать от загрязнения нефтью и нефтепродуктами воду и почву. Специальные добавки в его составе значительно активизируют процесс разложения нефти. Для очистки дождевых сточных вод от нефтяных загрязнений препарат наносится на поверхность плавающих биофильтров, используемых на очистных сооружениях.

Препарат «Деворойл» характеризуется высокой активностью окисления углеводородов различных классов; возрастанием эффективности очистки за счет действия препарата не только на границе водонефтяного контакта, но и в толще загрязнителя, благодаря подобранной ассоциации гидрофильных и липофильных микроорганизмов; эффективностью использования в природных и антропогенных средах с соленостью до 150 г/л, в широких диапазонах рН среды (2 - 9), а также в условиях резких колебаний температуры и при значительном химическом загрязнении.

Технология применения препарата проста - его распыляют ибо обычными механизированными средствами, либо (на больших площадях) - с помощью авиации.

В табл. 6.9 представлены элементы биоинженерных сооружений, используемые для отвода и очистки поверхностного стока.

Таблица 6.9 - Элементы биоинженерных сооружений для отвода и очистки поверхностного стока

Метод гидроботанических площадок (ГБП), разработанный ЗАО «Экотранс-Дорсервис» для очистки поверхностного стока с транспортных сооружений, отличается экономичностью и позволяет очищать поверхностные стоки до нормативных значений. Гидроботаническая площадка представляет собой искусственный пруд или малый естественный водоем, засаженный высшей водной растительностью (100 стеблей на 1 м²) (цв. вкл., рис. IX). Процесс очистки сточных вод на ГБП усиливается благодаря внесению природного минерала шунгита на дно водоема и (или) подводящего (отводящего) тракта. Шунгит усиливает ионообменные процессы в воде водоемов, что позволяет проводить очистку даже холодной воды. В случае необходимости ГБП может быть дооборудована с помощью матрасов Рено фильтрами из шунгита, цеолита, доломита.

Конструкционные решения ГБП весьма разнообразны, но всегда направлены на интенсификацию природных процессов осаждения взвешенных веществ и очистку воды от тяжелых металлов и нефтепродуктов. Искусственные водоемы могут быть расположены в складках местности (в балках, лощинах), искусственных выемках.

В качестве ГБП можно использовать небольшие естественные водоемы с подводом сточных и отводом очищенных вод по специально устроенным канавам, трубам.

Противоэрозионная биоинженерная система отвода и очистки поверхностного стока с дорожного покрытия дороги по методу «Эколандшафт» (цв. вкл., рис. X) является сравнительно новым направлением. Система «Эколандшафт» состоит из трех частей:

· водосборного участка откоса, укрепленного с использованием биоинженерных технологий;

· водосборных лотков, выполненных из матрасов Рено;

· водопропускных фильтрующих сооружений, состоящих из проточных камер-отстойников, которые разделены фильтрующими дамбами, выполненными из габионных конструкций (с фильтрацией через сорбенты), и биоплато (ветлэндов).

Биоплато - искусственные водные объекты, которые содержат биоценозы (макрофаги и микроорганизмы), обеспечивающие дополнительную очистку стока.

Для создания очистного сооружения вместо железобетонных или металлических конструкций используют габионные конструкции, ими одновременно укрепляют берега и откосы.

Для улучшения очистки поверхностного дождевого стока в фильтрационных камерах используют естественные сорбенты - цеолит, шунгит. Удельная стоимость комплекса очистных сооружений с фильтрационным бассейном составляет 1-2 млн руб. на 1...3 га площади водосбора. Очистка сточных вод считается эффективной, если на выходе из фильтрационного бассейна концентрация взвешенных веществ составляет 10 мг/л, нефтепродуктов - 0,05...0,30 мг/л.

На рис. XI (цв. вкл.) приведена схема расположения на местности очистного сооружения для очистки поверхностного стока с дорог, использующая два биоплато с высшими водными растени­ями ЕюЬогша сга881ре5.

Очистка от тяжелых металлов происходит благодаря процессу жизнедеятельности высших водных растений и ионообменным процессам, усиленным природными сорбентами (например, шунгитом). В присутствии высших водных растений нефтяная пленка быстро разрушается микроорганизмами, при этом на нижней поверхности листьев образуются бурые моховидные наросты, постепенно разрушающиеся и исчезающие. Окисление нефти и нефтепродуктов сопровождается изменением общей численности сапрофитных и нефтеокисляющих бактерий. Стебли высших водных растений, несущие на себе перифитоновые биоценозы, повышают плотность бактериальной популяции, которая участвует в процессе разложения нефтепродуктов.

Наиболее устойчивы к нефтяному загрязнению рогоз узколистный и камыш, причем при концентрации нефти в воде до 1 г/л прирост растений в высоту в присутствии нефти на 10... 15 см больше, чем в воде без нефти.

По рекомендации ВНИИВОДГЕО объем водоема ГБП следует устанавливать из условия обеспечения аккумуляции поверхностного дождевого стока слоем 10 мм (как с территорий промышленных предприятий). Коэффициент поверхностного стока с асфальтобетонного покрытия принимают равным 0,85. Линейные размеры (длину, ширину) буферных копаней и прудов ГБП определяют из расчета осаждения взвешенных веществ. При длительных бездождевых периодах на начало следующего дождя объем водоема для приема поверхностного дождевого стока будет наибольшим и перехват поверхностного дождевого стока будет максимальным. Задержание взвешенных веществ, очистка от других ингредиентов загрязнения будут наибольшими при выпадении небольших осадков.

Сооружение для очистки поверхностного стока с дорог с использованием микроорганизмов-нефтедеструкторов, разработанное в МАДИ (ГТУ) А. В. Касаткиным, представлено на рис. XII (цв. вкл.). Сооружение состоит из соединенных емкостей-прудов: первичный отстойник-регулятор 3; основной отстойник 4 с отводом части воды в биологический фильтр 5; фильтрационная часть. В зависимости от условий рельефа чаши емкостей можно располагать над поверхностью земли, полностью или частично вкопать. Движение воды в емкостях происходит за счет потенциальной энергии воды - разности уровней входа и выхода сооружения. Надземные стенки, днища емкостей выполняют из земляных насыпей, закрепленных матрасами Рено и системой «Террамеш» с коробчатыми габионами, поэтому система выглядит не как традиционное очистное сооружение, а становится неотъемлемым элементом ландшафта. Стенки и внешние откосы засыпают растительным грунтом и засевают газонными травами.

Для предотвращения проникновения загрязненной воды сквозь тело сооружений в верхние подземные водоносные горизонты внутренние поверхности всех емкостей (кроме биологического фильтра) обрабатывают битумной мастикой в горячем состоянии, которая не только создает необходимую гидроизоляцию, проникая в пустоты между камнями, но и действует как связующий элемент.

Процесс очистки сточной воды при фильтрации в природном сорбенте (измельченные горные породы, песок) аналогичен процессу фильтрации воды в подземных водоносных горизонтах.

Биологический фильтр представляет собой емкость с засыпкой. Верхний слой засыпки состоит из торфа с питательным субстратом. Торф является носителем микроорганизмов-нефтедеструкторов. После слоя торфа располагается слой цеолита. Вода с пленкой нефтепродуктов, поступая в биологический фильтр по перфорированной трубе, проходит через бактериальный носитель (торф). Нефтепродукты задерживаются этим слоем и перерабатываются находящимися там микроорганизмами. Очищенная от нефтепродуктов вода проходит через цеолит, очищаясь от тяжелых металлов и других растворимых примесей, и поступает в водоем.

Поиск по сайту: