способ биологической очистки воды от солей

Формула изобретения

Способ биологической очистки вод от солей, включающий контактирование исходной воды с высшим водными растениями: тростником обыкновенным, камышом озерным, рогозом узколистным, выращенными на субстрате, фильтрацию и отвод очищенной воды через трубчатые дрены, отличающийся тем, что в качестве субстрата используют многократно промытый гранулированный речной кварцевый песок с размером гранул 1 3 мм, высшую водную растительность используют в смеси с ирисом при плотности посадки 20 25 ед./м² площади, процесс осуществляют под слоем полимерной гранулированной загрузки с плотностью меньше плотности воды при подаче воздуха под слой субстрата при скорости 0,15 0,2 лс/м² в течение 1,5 2 ч/сут, а отвод очищенной воды ведут через трубчатые пористые дрены, заполненные активированным углем и расположенные над субстратом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биологической очистке воды от солей и природных органических веществ контактированием воды с высшими водными растениями.

Известен способ биологической очистки воды путем предварительного отстаивания и многостадийного контактирования ее в резервуаре с высшими водными растениями камышом (на стадиях I и II), размещенным на субстрате - суглинистом песке и гальке, тростником (на стадии III), размещенным на слое гальки, с последующей доочисткой, адсорбцией (на стадии IV) камышом, размещенным на субстрате суглинистом песке [1]

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса, обусловленная его многостадийностью, связанной с необходимостью подбора субстрата для определенного вида высшей водной растительности и поддержания необходимого режима эксплуатации резервуаров-реакторов.

Известен способ биологической очистки воды, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату, путем предварительной биофильтрации через загрузку систему оптически прозрачных дырчатых труб отстаивания и контактирования очищенной воды с высшими водными растениями - тростником обыкновенным, рогозом узколистным, камышом озерным, рдестом пронзеннолистным, ряской многокорневой, размещенными на искусственном субстрате с последующей фильтрацией воды на крупнозернистой многослойной загрузке с размером зерен нижнего слоя 30 50 мм, среднего 15 30 мм и верхнего 5 15 мм и отводом очищенной воды через дрены, уложенные в слое загрузки.

Процесс предусматривает многократное чередование стадий биофильтрации и биологической очистки контактированием воды с высшей водной растительностью.

Недостатком известного способа является невысокая степень обессоливания (процент удаления солей составляет 22 23) и сложность процесса, обусловленная необходимостью предварительной очистки биофильтрацией и отстаиванием и сложностью соответствующего аппаратурного оформления; следует отметить также, что известный способ, предусматривающий отвод очищенной воды через дрены, уложенные под загрузку, не исключает выноса иловых отложений и микроорганизмов, оседающих на субстрате в результате их непрерывного отмирания, что приводит к вторичным загрязнениям воды.

Недостатком известного способа является также повышение солесодержания воды за счет ее испарения в открытых резервуарах.

Технический результат заключается в повышении степени очистки воды от минеральных солей.

В способе биологической очистки воды от солей путем контактирования ее с высшими водными растениями тростником обыкновенным, рогозом узколистным, камышом озерным, выращенными на субстрате, и фильтрации, в качестве субстрата используют многократно промытый гранулированный речной кварцевый песок с размером гранул 1 3 мм, высшую водную растительность используют в смеси с ирисом Iris pseudacorus при плотности посадки 20 25 ед/м² площади. Процесс очистки осуществляют под слоем полимерной гранулированной загрузки с плотностью, меньшей плотности воды при подаче воздуха под слой субстрата при скорости 0,15 л.с./м² 0,2 л.с./м² в течение 1,5 2,0 ч в сетки, а отвод очищенной воды ведут через трубчатые пористые дрены, заполненные активированным углем и расположенные над субстратом.

На фиг. 1 представлена технологическая схема реализации способа биологической очистки природных вод; на фиг. 2 график кинетики изменения солевого состава воды.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную воду со следующими показателями: pH 6,2, Ж_общ. 9,9 мг-экв/л; Ca²⁺ 5,75 мг-экв/л; Mg²⁺ 4,25 мг-экв/л; Щ_общ. 6,65 мг-экв/л; CI^- 18,18 мг-экв/л; SO²₄^- 8,57 мг-экв/л; Na⁺+K⁺ 23,4 мг-экв/л; cухой остаток 1,84 г/л на ступени 1 помещают в проточный резервуар и подвергают контактированию с высшей водной растительностью (ВВР), в качестве которой используют: тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin), камыш озерный (Scirpus lacustris L), рогоз узколистный (Typha angusti follia L), ирис (Iris pseudacorus), причем количество ириса составляет 50% по отношению к прочим видам. Условия соответствуют периоду пассивной вегетации (октябрь-декабрь). Необходимость внесения в состав высших водных растений ириса (Iris pseudacorus) продиктовано тем, что ирис обладает селективностью по отношению к катионам Na⁺ (натрия), K⁺ (калия), Ca²⁺, Mg²⁺, (азота) и P (фосфора) - элементам, присутствующим в природных минерализованных водах в достаточных количествах; имеет мощную корневую систему, обладающую высокой поглотительной способностью, обладает большей устойчивостью к низким температурам; имеет продолжительный вегетационный период.

Посадочный материал в виде корневищ, их отрезков, стеблевых побегов размещают на предварительно промытом субстрате речном кварцевом песке с диаметром частиц 1 3 мм, размещенном на дне резервуара. Выбор в качестве субстрата кварцевого песка (непористого материала) объясняется исключением возможности вторичного загрязнения воды, так как в порах субстрата обычно задерживается трудноудаляемая органика.

Размер гранул субстрата 1 3 мм исключает возможность вторичных загрязнений, так как наиболее удобен для эффективной регенерации его промывкой с целью удаления тех же самых органических и минеральных примесей.

Плотность посадки составляет 20 25 ед/м² площади. При плотности меньше 20 ед/м² общее солесодержание повышается, степень обессоливания составляет 24,5% сухой остаток составляет 1,17 г/л.

Плотность больше 25 ед/м² нецелесообразна, так как при очень плотной посадке угнетается развитие корневой системы, в "стесненных" условиях развития поверхность массообмена уменьшается, стало быть, уменьшается и поглотительная способность по отношению к ионам солей.

Процесс очистки ведут под слоем полимерной гранулированной загрузки с плотностью, меньшей плотности воды, для чего загрузку размещают на поверхности воды между стеблями растений, перекрывая тем самым зеркало испарения и уменьшая потери воды при последнем.

Под слой субстрата равномерно подают воздух при скорости подачи 0,15 - 0,2 лс./м² в течение 1,5 2,0 ч в сутки для наиболее интенсивного дыхания и, следовательно, развития растений, а также окисления органических соединений.

При интенсивности подачи менее 0,15 лс./м² нарушается режим дыхания и развития растений, снижается поглотительная способность по отношению к солям.

Интенсивность подачи более 0,2 лс./м² нерациональна, так как приводит к повышению расхода электроэнергии.

Аналогичным образом можно объяснить целесообразность выбора временных параметров очистки.

После 19-суточного контакта ВВР с исходной слабоминерализованной водой были получены следующие результаты: pH 7,6, Ж_общ. 7,0 мг-экв/л; Ca²⁺ 3,88 мг-экв/л; Mg²⁺ 3,13 мг-экв/л; Щ_общ. 4,62 мг-экв/л; Cl^- 12,88 мг-экв/л; SO²₄^- 6,49 мг-экв/л; Na⁺+K⁺ 16,97 мг-экв/л; степень обессоливания 28% Сухой остаток 1,35 г/л.

Воду после стадии I очистки контактированием с ВВР (обессоленную воду) подвергают контактированию с активированным углем, размещенным в трубчатых пористых дренах, равномерно распределенных в резервуаре над слоем субстрата.

Таким образом, очистка от природных органических соединений и сорбированных на них или поглощенных ими минеральных солей происходит в процессе отвода воды из сооружений.

Необходимость стадии II очистки от природных органических соединений обусловлена возникновением последних в процессе развития макрофитов на стадии I, стимулирующих интенсивное развитие микронаселения в очищаемой воде (коловраток размером от 2 5 мм, бесцветных жгутиковых, инфузорий и др.), которые в процессе жизнедеятельности играют огромную роль в самоочистительной функции водоема, но при отмирании вносят определенное количество органики в опресненную воду.

В результате двухстадийной очистки по предложенному способу процент удаления солей равен 57.

Пример 1. Исходную воду со следующими показателями: pH 6,2, Ж_общ. 9,9 мг-экв/л; Ca²⁺ 5,75 мг-экв/л; Mg²⁺ 4,25 мг-экв/л; Щ_общ.= 6,65 мг-экв/л; Cl^- 18,18 мг-экв/л; SO²₄^- 8,57 мг-экв/л; Na⁺+K⁺ 23,4 мг-экв/л; сухой остаток 1,84 г/л подают в резервуар с высшей водной растительностью (ВВР), размещенной на глубине 60 см от поверхности воды, выращенной на предварительно подготовленном субстрате - речном кварцевом песке с размером зерен 1 3 мм. Субстрат тщательно многократно промывают горячей водой и размещают на дне резервуара. В качестве ВВР используют: тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin), камыш озерный (Scirpus lacustris L), рогоз узколистный (Typha angustifollia L), ирис (Iris pseudacorus), при этом содержание ириса составляет 50% Плотность посадки ВВР составляет 20 ед/м² площади. Контактирование очищаемой воды с ВВР ведут под слоем гранулированной полимерной загрузки с плотностью меньше плотности воды при подаче воздуха под слой субстрата при скорости 0,15 лс./м² в течение 1,5 ч в сутки с отводом воды через трубчатые пористые дрены, заполненные активированным углем и размещенные над субстратом. Степень обессоливания 26,5% Сухой остаток 1,09 г/л.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1 при плотности посадки ВВР 25 ед/м² площади, скорости подачи воздуха 0,2л.с./м² в течение 2 ч в сутки. Степень обессоливания 28% Сухой остаток 0,8 г/л.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 1 при плотности посадки ВВР 23 ед/м² площади, скорости подачи воздуха 0,17 л.с./м² в течение 1,8 ч в сутки. Степень обессоливания 27,5% Сухой остаток 0,76 г/л.

Данные, свидетельствующие о преимуществе предложенного способа по сравнению с известным, приведены в таблице.

В результате проведения двухстадийной очистки (отвод воды через дрены с активированным углем на стадии I) степень обессоливания увеличивается процент удаления солей равен 57, сухой остаток составляет 0,8 1,09 г/л.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает повышение степени обессоливания с 22 23 до 57% за счет введения в состав высшей водной растительности ириса, обладающего повышенной поглотительной способностью по отношению к ионам солей, проведения процесса под слоем плавающей загрузки и осуществления доочистки в процессе отвода воды через трубчатые пористые дрены, заполненные активированным углем.