Диссертация (Очистка поверхностных сточных вод с применением фитофильтров), страница 6

В этих странахразработанрядпрограмм,нормативныхдокументовируководств,регламентирующих проектирование и эксплуатацию биоинженерных сооруженийдля очистки ливневых вод: Water Sensitive Urban Design (WSUD) в Австралии,Low-impact Development (LID) в США и Канаде, Sustainable Urban DrainageSystems (SUDS) в Великобритании. Биоинженерные сооружения в этих странахотносятся к наилучшим технологиям (Best Management Practices) очисткиповерхностногостока,сочетающимвсебевысокуюэффективность,экологичность, умеренную стоимость строительства и эксплуатации [71].Вотечественнойлитературевопросыприменениябиоинженерныхсооружений для очистки поверхностного стока освещены мало.

Изучениезарубежных источников позволило выделить следующие типы биоинженерныхсооружений: биофильтрационные каналы, биофильтрационные склоны, биоплато,биопруды и фитофильтры.Биофильтрационный канал (biofiltration swale, grassed channel, vegetatedswale) представляет собой открытый канал небольшой глубины (до 1 м), чащевсего трапецеидального сечения, плотно засаженный растительностью иимеющий небольшой уклон для обеспечения самотечного движения воды(рисунок 5).При протекании воды по каналу происходит осаждение взвешенных частиц,сорбциярастворенныхбиологическоепримесейпоглощениенапочвенныхрастениямичастицах,иатакжеихмикроорганизмами.29Биофильтрационные каналы располагаются вдоль улиц, парковочных мест или попериметру жилой застройки.

Сточные водыпосле очистки отводятся либонепосредственно по каналу, либо по дренажной трубе, прокладываемой под ним.Рисунок 5 – Биофильтрационный канал1 – фильтрующая загрузка; 2 – дренажный слой; 3 – отводящий трубопровод;4 – растительность; 5 – естественный грунт; 6 - водосборная поверхность;7 – бордюрный камень; 8 – отверстия в бордюрном камнеЭффективность очистки в биофильтрационных каналах по даннымАгентства защиты окружающей среды США [ 72 ] составляет: по взвешеннымвеществам – 81%, БПК – 67%, нитратам – 38%, фосфору – 9%, нефтепродуктам –62%, Cd – 42%, Cu – 51%, Pb – 67%, Zn – 71%.Биофильтрационный склон (Filtration strip, Vegetated strip) представляетсобойнаклонныйучастоктерриториисрастительностью(рисунок6).Биофильтрационный склон отличается от канала тем, что не имеет русла, аочищаемая вода движется в тонкослойном режиме.

Работа фильтрационногосклона основана на фильтровании взвешенных частиц при движении черезрастительность, а также биологическом поглощении загрязняющих веществрастениями и микроорганизмами почвы. Биофильтрационные склоны могут бытьзасажены как специально подобранной, так и дикорастущей растительностью, атакже кустарником и деревьями.Фильтрационныесклоныиспользуютсядляочисткистокакакспарковочных площадок и небольших жилых территорий, так и с улиц и30автодорог, а также в качестве предочистки перед другими биоинженернымисооружениями, например, фитофильтрами или фильтрационными каналами [73].Рисунок 6 – Биофильтрационный склон1 – водораспределительный лоток с гравием; 2 – водораспределительная стенка;3 – растительность на склоне; 4 – поверхностный сток; 5 – естественный грунт;6 – водосборная поверхностьОптимальный уклон биофильтрационного склона имеет величину порядка1% [ 74 ; 75 ].

При больших уклонах значительно снижается доля инфильтрациистока в грунт, а также возможно появление эрозионных процессов.Исследованияпримененияфильтрационныхсклоновпоказываютэффективность очистки по взвешенным веществам 35-60%, и до 30-45% побиогенным элементам [76; 77].Биоплато, известные в мировой практике как constructed wetland,представляют собой мелководную территорию произвольной формы с зарослямивысших водных растений (ВВР), создаваемую в пониженных участках рельефаместности [78] или на специально обвалованных территориях (рисунок 7 ).Биоплатоявляютсянаиболеераспространеннымибиоинженернымисооружениями в отечественной практике очистки сточных вод.

В большинствеслучаев ВВР представлена тростником обыкновенным, рогозом узколистным ишироколистным, камышом озерным. Биоплато, как правило, применяются дляглубокой доочистки сточных вод, а вода, подаваемая на них, проходитпредварительную очистку [79; 80]. Степень очистки от соединений азота на такихплощадках колеблется в пределах 2,5-97%, от тяжелых металлов – 14-90%, отнефти и нефтепродуктов может достигать почти 100% [81].31Рисунок 7 – Биоплато1 – трубопровод подачи воды на очистку; 2 – постоянные слой воды; 3 – ВВР;4 – грунт для высадки ВВРВода проходит в горизонтальном направлении, фильтруясь через заросливысшей водной растительности [82;83;84;85].

В случае только горизонтальногонаправления движения стоков очистка основана на эффекте отстаивания ибиохимической очистке под действием ВВР, а также находящихся на их стебляхмакрофитов микроорганизмов биопленки.Большей эффективностью обладают биоплато с движением воды черезкорнеобетаемый слой почвы. Таким образом, удается задействовать не тольководно-воздушную, но и ризосферную часть растений.

Поглощающая поверхностькорней в 10-15 раз больше площади, занятой растениями, а поглощающаяспособность их в 5–8 раз выше, чем у водно-воздушной части растений.Движение воды может быть как вертикальным, так и горизонтальным [86].Обслуживание биоплато заключается в периодическом осмотре и очисткеот мусора основных элементов сооружения, контроль за численностью и составомрастительности, удалении осадка из сооружения. Удаление осадка, как правило,производится при осушении сооружения, что в случае биоплато представляетзначительные сложности из-за присутствия растительности.Общими недостатками для всех биоплато являются сложные системыуправления процессом очистки, а также благоприятные условия для развитиянасекомых, что ограничивает возможность их применения в городской среде.Биопруды (waterpond) представляют собой естественные или искусственносозданныепонижениярельефа,служащиедлянакопленияиочисткиповерхностного стока.

В отличие от биоплато, биопруды имеют большую32глубину, от 3 до 5 м [87]. Помимо корневищных водных растений, таких какозерный камыш, тростник, узко- и широколистный рогоз и элодея, традиционноприменяемых на биоплато, в биопрудах также используются интродуцирующиеводные растения: плавающие – водный гиацинт (eichhornia crassipes) и ряска(Lemna a Spirodella spp.) или погруженные – харовые водоросли и рдестплавающий. Известно, что среди указанных растений наибольшей способностьюизвлечения загрязняющих веществ обладает водный гиацинт [88]. ИсследованияС.

В. Лялина, Е.В. Соколова и И.В. Машникова [89] показывают эффективностьдоочистки воды в прудах с эйхорнией от органических веществ (по БПК) до 95%,взвешенных веществ – 80%, соединений азота –Эффективность очистки в биопрудах от80%, сульфатов –ионов тяжелых металлов50%.можетдостигать 98% [90, 91].Как правило, биопруды устраиваются на основании существующихводотоков и постоянно заполнены водой (wet pond), но существуют и «сухиебиопруды», заполняемые только в период поступления стока (dry pond).Очистка от грубодисперсных примесей и ассоциированных на ихповерхности загрязнений осуществляется за счет осаждения.

Растворенныепримеси могут быть извлечены за счет адсорбции на мелких частицах взвеси ибиологическим поглощением, осуществляемым в основном фитопланктоном.Дополнительным фактором выступает ультрафиолетовое обеззараживание воды,длительное время находящейся в сооружении, под действием солнечных лучей.В Москве построено около 40 биопрудов для очистки поверхностного стока.Многолетний опыт эксплуатации этих сооружений показал, что основным ихнедостатком является низкая степень очистки от взвешенных веществ – 10-20%вместо предусмотренных 80% [92; 93].Обслуживание биопрудов схоже с обслуживанием биоплато.

При этом ихосушение для удаления осадка является значительно более простой процедурой засчет отсутствия плотных зарослей растительности.33Фитофильтры(stormwaterbioretentionfiltrationsystem,raingarden,stormwater biofilter) представляют собой пониженный участок территории,запроектированныйдляприемаповерхностногостокаизасыпанныйфильтрующей загрузкой высотой 0,5-1,0 м, в которую высаживаются высшиерастения (рисунок 8). Во время дождя над поверхностью фитофильтра можетобразовываться слой воды высотой 0,3-0,5 м, который будет существовать втечение некоторого времени после прекращения дождя, до полного впитывания.Очищаемые сточные воды проходят через загрузку в вертикальном направлении иотводятся по дренажной системе, либо инфильтруются в окружающий грунт [94].Рисунок 8 - Фитофильтр для очистки поверхностных сточных вод1 – поступление ПСВ; 2 – высшие растения; 3 – фильтрующая загрузка (субстрат);4 – дренажный слой; 5 – дренажная система; 6 – отведение очищенных водСодержащиеся в ливневых водах грубодисперсные примеси задерживаютсяпри фильтровании через почву.

Растворенные загрязнения частично усваиваютсярастениями и микроорганизмами, сорбируются на частицах почвы, частичноразлагаются, что приводит к снижению их токсичности.Эффективность очистки поверхностного стока фитофильтрами можетдостигать по взвешенным веществам 98%, азоту (суммарно) – 73%, нитритам инитратам – 81%, фосфору – 90 %, тяжелым металлам – 95% [95 – 103]. Снижениеколичества патогенных организмов в зависимости от погодных условий иконструкции фитофильтра может колебаться в пределах: по C. Perfringens – 99,699,8% ;E.Coli – 68,4-98,2%; FRNA phage – 73,6-99% [102].34Обслуживание фитофильтров включает в себя традиционные операции поуходу за растениями, а также контроль за состоянием фильтрующей загрузки.Сравнение различных биоинженерных сооруженийКачество очистки определяется процессами, протекающими при обработкесточныхвод.Процессы,проходящиеврассмотренныхбиоинженерныхсооружениях при очистке ливневого стока, сведены в таблицу 7 – Процессыочистки загрязнений ПСВ на биоинженерных сооружениях.Таблица 7 – Процессы очистки загрязнений ПСВ на биоинженерных сооруженияхМеханизм удаления загрязненийСооружениеФильтрация ОсаждениеБиоПочвенная Обеззарапоглощение адсорбция живаниеФильтрационныесклоныФильтрационныеканалыБиоплатоБиопрудыФитофильтрыПримечание:  - основной процесс;  - вторичный процессСнижениепиковых иобщихрасходовВ таблице 8 приведена эффективность очистки от различных загрязненийна этих сооружениях на основании анализа зарубежной литературы.Таблица 8- Эффективность очистки загрязнений на биоинженерных сооруженияхСооружениеЭффективность удаления загрязняющих веществВВТМНПБактерииОрг.