способ биологической очистки воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций

Формула изобретения

Способ биологической очистки воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций при помощи макрофитов, размещенных в канале на плавающем биомодуле, отличающийся тем, что перед размещением макрофитов создают концентрацию фитопланктона от 100 до 900 мг/л в углу сгона, образованного путем установки понтона биомодуля под углом 60±5° к берегу канала, обеспечивая протекание воды через сгон в течение 10÷15 дней с последующим удалением фитопланктона и последовательным протеканием воды на биомодуле через макрофиты и рыбофильтр из растительноядных рыб, при этом процесс ведут при температуре воды 12-37°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке воды и может найти применение при биологической очистке воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий пропускание через корневую систему высших водных растений сточных вод таким образом, что воду пропускают через биологические фильтры, представляющие собой корпуса с установленными в них каркасами из коррозионно-стойкого материала с намотанной на них полимерной волокнистой синтетической насадкой типа «ВИИ», на которой закрепляют корни высших водных растений, при этом насадку и корневую систему используют в качестве основы для создания сообщества микроорганизмов активного ила, обеспечивающего дополнительную очистку сточных вод, а уровень воды в фильтрах поддерживают выше уровня каркасов [Л.1].

Описанный выше способ характеризуется ограниченными функциональными возможностями вследствие реализации его для очистки только сточных вод, и он недостаточно эффективен при очистке воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций.

Известен также способ биологической очистки воды водохранилищ и каналов при помощи макрофитов, размещенных в канале на плавающем биомодуле [Л.2].

Однако способ, описанный в [Л.2], являясь относительно простым в реализации преимущественно в водоемах с естественным температурным режимом, недостаточно эффективен в водоемах с повышенными значениями температур, в частности в водохранилищах - охладителях тепловых и атомных электростанций.

Изобретением решается задача биологической очистки воды, характеризующаяся высокой эффективностью очистки воды в водоемах с повышенными значениями температур, в частности в водохранилищах - охладителях тепловых и атомных электростанций.

Для решения поставленной задачи в способе биологической очистки воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций при помощи макрофитов, размещенных в канале на плавающем биомодуле, предложено, согласно настоящему изобретению, перед размещением макрофитов создавать концентрацию фитопланктона от 100 до 900 мг/л в углу сгона, образованного путем установки понтона биомодуля под углом 60±5° к берегу канала, обеспечивая протекание воды через сгон в течение 10-15 дней с последующим удалением фитопланктона и последовательным протеканием воды на биомодуле через макрофиты и рыбофильтр из растительноядных рыб, при этом процесс ведут при температуре воды 12-37°С.

Изобретение поясняется на примере выполнения.

Биомодуль представляет из себя плавающий понтон с биофильтрами из макрофитов, которые, питаясь азотом и фосфором, являются конкурентами в питании фитопланктону. Размеры биомодуля: длина -100 метров, ширина - 6 метров.

При ширине канала 80 метров биомодуль перегораживает канал полностью.

На первом этапе очистки воды создают высокую концентрацию (порядка 100-900 мг/литр) фитопланктона в углу сгона.

Биомодуль располагают по отношению к потоку воды (к берегу канала) под углом 60°, образуя так называемый «угол сгона» или угол концентрации фитопланктона, где создаются «пятна цветения» («водорослевые пятна»).

Сгон фитопланктона образуется в поверхностном слое перед биомодулем за счет установки его под углом 60° к берегу канала. Здесь, в углу сгона, фитопланктон концентрируется до 90-98% из толщи воды. Протекание воды через сгон осуществляют в течение 10-15 дней, в результате чего обеспечивается поглощение азота и фосфора из водоема, а следовательно, очищение «цветущей» воды от «цветения», чего в теплых водоемах, какими являются водохранилища - охладители тепловых и атомных электростанций, бывает довольно много. Удаление фитопланктона осуществляют вручную через 10-15 дней, предотвращая тем самым поступление в водохранилище - охладитель до 50 тонн водорослей за сезон. Снижение биомассы после биомодуля составляло от 85 до 99% за сезон.

На втором этапе очистки воду пропускают через макрофиты. Практика показала, что в качестве макрофитов можно использовать такие водные растения, как тростник, рогоз, манник, эйхорния и другие. При этом наибольшая эффективность достигается при применении такого тропического растения как эйхорния, которое быстро размножается (до 14-16 экз./год), дает высокий прирост зеленой массы (высотой до 60 см), имеет мясистые крупные листья, цветет красивыми лиловыми цветами. Кроме того, она поглощает из воды в больших количествах азот и фосфор, очищая таким образом воду от вредных для человека примесей.

Третий, заключительный, этап очистки воды состоит в пропускании воды через рыбофильтр, когда на биомодуль помещают в садках растительноядные рыбы: пестрый и белый толстолобики, питающихся фитопланктоном.

Рыбофильтр из растительноядных рыб - толстолобиков, питающихся фитопланктоном, обеспечивает существенное снижение численности и биомассы фитопланктона. Площадь садков составляла 10 м² с погружением в воду 1,5 м. Плотность посадки толстолобиков - 150 штук/садок (или 7,5 кг/м²). За сезон в садках биомасса фитопланктона в среднем на 30% ниже, чем перед биомодулем. За счет естественной кормовой базы фитопланктона выход рыбопродукции достигает 15 кг/м² и более.

При этом весь процесс очистки проводят при температуре воды 12-37°С, соответствующей температуре воды водохранилища - охладителя тепловой или атомной электростанции.

Таблица.
Горизонт и ±% изменения биомассы	Биомасса, мг/л
	июнь	июль	август	сентябрь	среднее за сезон
«Поверхность»
±% изменения	-97,8	-98,1	-96,6	-99,1	-98,0
Горизонт 0,7 м
±% изменения	-43,7	-5,9	-38,9	-38,2	-26,9
«Дно» (от 0,2 м от дна)
±% изменения	-38,8	-16,4	-79,0	-30,3	-46,5
Средневзвешенная
±% изменения	-91,0	-95,2	-88,9	-96,7	-94,2

В представленной выше таблице обозначения в виде дроби соответствуют: числитель - биомассе «до» применения заявляемого способа, знаменатель - «после».

Благодаря сформировавшемуся на биомодуле биоценозу из фитопланктона (в углу сгона), макрофитам (посаженным в корзины биофильтра), перифитону (обрастанию подводной части биомодуля), утилизирующих органические и биогенные вещества, а также пропусканию воды через рыбофильтр, где происходит ее доочистка, снижение биомассы фитопланктона после биомодуля составило 80-98%, уменьшение содержания солевого аммония - до 48%, нитратов - до 55%, фосфатов - до 46%, нефтепродуктов - до 98%, показателей БПК₅, индекса сапробности (БПК₅/О_х ,%) - до 70%.

Заявляемый способ прошел апробирование на водах одного из водохранилищ тепловой электростанции (Среднеуральской ГРЭС), входящей в ОАО «Свердловэнерго». Результаты эксперимента, свидетельствующие об изменении биомассы фитоплактона после очистки воды в соответствии с заявляемым способом, представлены в таблице.

Таким образом, заявляемый способ улучшения качества воды водохранилищ - охладителей тепловых и атомных электростанций позволяет обеспечить биологическую очистку воды, достигая получение очищенной воды соответствующей действующим экологическим нормам.

Приведенные в таблице положительные результаты испытаний способа подтвердили его работоспособность и широкие возможности практического применения в будущем.

Литература

1. Патент РФ №2220114, МПК С 02 F 3/32, 2003 г.

2. А.Н.Попов, В.Л.Браяловская, Г.В.Бердышева. Статья «Эффективность плавучих биофильтров из полупогруженных растений для очистки воды от фитоплактона, органических и биогенных элементов», журнал «Водное хозяйство», №1, 1999 г., РосНИИВХ, г.Екатеринбург.