Биоплато вкратце - механическая очистка (физическое осаждение) и биочистка как живыми микроорганизмами, так и более сложной фауной и флорой. Производительность биоплато зависит от качества предварительно очищенных вод и их объема. Нагрузка на биоплато при этом колеблется от 1 до 4 м3 очищаемых водам на 1 м2 площади в сутки.
Все системы трубопроводов (распределительные и сборные) изготавливаются из поливинилхлоридных или полиэтиленовых труб.
Загрузка дренажного слоя биоплато состоит из инертного материала (например, мытого щебня) крупностью 40-70 мм, куда вносится биопрепарат с иммобилизированными на инертном носителе (например, торфе) микроорганизмами-деструкторами нефтепродуктов, жиров, масел и других органических веществ (СПАВ, пестицидов, гербицидов и др.). Биопрепарат (например, «Еконадин», «Трофойл») способствует сорбции и деструкции органических веществ, улучшению санитарных показателей качества воды; засыпается непосредственно в дренажный слой в местах посадки высших водных растений, что способствует их росту.
Над распределительной системой дрен, покрытых щебнем, укладывается утеплитель толщиной 40 мм, который не препятствует прорастанию высших водяных растений. Утеплитель покрывается слоем щебня.
Высадка высших водяных растений осуществляется в дренажный слой щебня на уровне и вдоль верхних дрен.
Обьём биоплато желательно не менее 10% от обьёма пруда.Добавлено (23.12.2012, 17:42)
---------------------------------------------
2.1. Поверхностные биоплато
Данный тип биоплато похож на естественный "заболоченный ландшафт", когда сточные воды поступают на поверхность сооружения, с тем отличием, что это искусственное сооружение, имеющее системы управления, в результате чего достигается высокая эффективность очистки [12]. К достойствам сооружения следует отнести:
низкие экономические затраты при строительстве,
удобство в управлении и низкие энергетические затраты при эксплуатации.
К недостаткам можно отнести: потребность в больших площадях, низкую гидравлическую нагрузку и как следствие, относительно невысокую эффективность очистки. Поступление кислорода в систему очистки осуществляется, в основном за счет диффузионных процессов из атмосферы через корневые органы растения. Способность поступления кислорода в систему ограничена. Еффективность очистки в сооружениях данного типа биоплато заметно изменяется под влиянием климата. Кроме того, летом наблюдается массовое развитие комаров и других насекомых, что требует проведение специальных санитарных мероприятий.
2.2. Горизонтальные инфильтрационные биоплато
Такое название биоплато связано с тем, что сточные воды в сооружение движутся через слои загрузки из одного конца к другому почти горизонтально. Сооружение состоит от одной или нескольких секций, в состав которых входят водонеприницаемое покрытие, слои загрузки и растения. По сравнению с поверхностными биоплато, в данных сооружениях достигаются большие гидравлические нагрузки и высокая эффективность очистки сточных вод по БПК, ХПК, взвешенным веществам, тяжелым металлам, а на территории очистных сооруженией практически отсутствует неприятный запах и наличие насекомых. Горизонтальные инфильтрационные биоплато особенно широко применяются в США, Японии, Австралии и Европе. Недостаток данного типа сооружений состоит лишь в том, что способность удаления азота несколько ниже, чем у биоплато вертикального типа.
2.3. Вертикальные инфильтрационные биоплато
В вертикальных инфильтрационных биоплато сточные воды подают с поверхности биоплато на дно вертикально, а кислород в систему поступает за счет диффузии воздуха из атмосферы и через корневые органы растений. Процессы нитрификации в сооружениях данного типа биоплато происходят интенсивнее, чем в горизонтальных, именно поэтому возможна очистка сточных вод, содержащих азот в высоких концентрациях. Недостатками данного типа биоплато являются сложные системы управления процессом очистки, а также создание благоприятных условий для развития насекомых.
2.4 Смешанные типы биоплато
Для повышения эффективности очистки на практике часто применяют различные сочетания вышеуказанных типов биоплато, что приводит к формированию в одном сооружении различных потоков жидкости.
Ученые Китая и стран Евросоюза совместно разработали смешанные вертикальные биоплато, в которых сточные воды поступают первоначально сверху вниз, а затем снизу на вверх. В сооружениях данного типа, применяющихся на юге Китая, достигается высокая еффективность очистки [13].
На севере Китая используется технология очистки в биоплато смешанного типа, где направление движения сточных вод включает две составляющих: горизонтальное и вертикальное, что также приводит к повышению еффективности очистки [14].
3. Механизмы удаления загрязнителей в сооружаниях биоплато
Анализ литературных данных показывает, что в системе биоплато происходят сложные механизмы удаления загрязнителей из сточных вод. В этой сложной системе (растения – микроорганизмы – загрузка) происходят аэробные и анаэробные биологические процессы, сопровождающиеся фильтрацией, адсорбцией, осаждением, поглощением и трансформацией растениями биогенных элементов и др. соединений. Механизмы удаления загрязнителей различны. Четкое обоснование механизма очистки имеет большое значения для оптимизации технологических параметров проектирования биоплато [21].
3.1. Механизм удаления органических веществ в биоплато
На поверхности загрузки и корневых органов растения в биоплато образуется биопленка, в которой развиваются различные микрооганизмы, а благодаря особeнности поступления кислорода в биоплато образуются многочисленные аэробно-анаэробные зоны. Растворимые органические вещества удаляются в процессе адсорбции, поглощения и деятельности микрооргазмов. Установлено, что при сравнительно низких концентрациях загрязнителей сточных вод, еффективнсть удаления по БПК5 составляет 85...95%, по ХПК – более, чем 80%. БПК5 на выходе составляет 10 мг/л [20]. Эксплуатация сооружений в регионах с низскими температурами (например, в Архангенльске) приводит к снижению эффективности очистки до 50% [2]. При полнлм соблюдении оптимальных технологических параметров в биоплато происходит полная минерализация большинства органических загрязнений.
Добавлено (23.12.2012, 17:43)
---------------------------------------------
3.2 Механизмы удаления азота в сооружениях биоплато
В биоплато азот включается в биотический кругооборот в системе "воздух – вода – растения – почва". Азот частично удаляется из сооружения путем поглощения водными растениями, как необходимый для них биогенный элемент. В результате этого процесса из воды удаляется всего лишь 8 – 16 % азота [23], что позволяет сделать вывод, что основные процессы, связанные с удалением из биоплато соединений азота, происходят в результате минерализации азотсодержащих органических соединений нитрифицирующими и денитрифицирующими микроорганизмами.
Нитрификация осуществляется под воздействием аэробных микроорганизмов (нитробактерии и азотобактерии) , ионы аммония окисляются до нитритов, а затем до нитратов. По мнению Anthnisen [24] образование нитритов является лимитирующей стадией нитрификации, а процесс окисления нитритов до нитратов может оказаться быстрой реакцией. Liu C. X. и Zhang J.Y. на основании собственных исследований констатируют, что первоначально концентрация нитритов в сооружении возрастает, а затем резко снижается [25, 26]. Под воздействием денитрифицирующих бактерией происходит процесс восстановления, в результате чего образуется N2, который вытесняется из системы в атмосферу. По сравнению с традиционными технологиями биологической очистки, когда процессы денитрификации заторможены, биоплато более эффективно удаляет азот из сточных вод. Лимитирующей стадией является процесс нитрификации. При высоком содержании органических веществ (по ХПК и БПК) кислород используется на их окисление, вследствие чего процессы нитрификации не происходят часто в полном объеме. В данном случае положительный результат может быть получен при дополнительной аэрации, что явилось основным выводом работы Greenway [27]. Отмечено, что процессы денитрификации происходят интенсивнее при низких показаниях БПК.
Добавлено (23.12.2012, 17:45)
---------------------------------------------
3.3. Механизмы удаления фосфора в биоплато
Удаление фосфора в биоплато осуществляется в результате совместных биологических и физико-химических
Добавлено (23.12.2012, 17:46)
---------------------------------------------
процессов. Фосфор поглощается и трансформируется растениями, а затем частично за счет удаления растений выводится из системы биоплато. Таким путем удаляется незначительная часть фосфора, а остальная часть накапливается в почве [28]. Интенсифицировать этот процесс можно путем изменения окислительно – восстановительного потенциала в сооружениях в зависимости от типа биоплато.
Основным процессом удаления фосфора в биоплато является соосаждение, что повышает роль рН. Результаты исследования Reddy [29] показывают, что до 87% фосфора удаляется из сточных вод осаждением и адсорбцией в биоплато. Отмечено, что фосфорсодержащие соединения очень легко адсобируются и осаждаются в почве с алюминием и железом в нейтральной и кислой среде, а с кальцием в щелочной среде. Обычно считается, что ионы ортофосфата адсорбируются на поверхности алюминия и железа за счет процессов комплексообразования. Zhu [30] исследовал соотношения между Mg, Ca, Fe, Al и Р в процессе адсорбции, и показал, что Ca имеет большую способность к адсобции фосфора. Аналогичные результаты получены и в работе Geller [31].
Исследованиями Cui Lihua [32] установлено, что для биоплато вертикального типа 22,8% фосфора удаляется за счет фильтрации, 50...65% за счет адсорбции, осаждения и ассимиляции микроорганизмами, и только 1%...3% за счет поглощения растениями.
Анализ опубликованніх данных позволяет констатировать, что большинство фосфора, содержащегося в сточной воде, адсорбируется на поверхности почвы, причем процесс носит обратимый характер, т. к. со временем происходит десорбция фосфора. По предположению Richardson [33] максимальная емкость поглощения фосфора в биоплато обычно не превышает 1г/м2. По даннім Ji Guodong [20] при очистке сточных вод, содержащих фосфор в незначительных концентрациях, наблюдается явление повышения концентрации фосфора на выходе за счет десорбции фосфора из слоя загрузки биоплато.
Добавлено (23.12.2012, 17:49)
---------------------------------------------
3.4. Механизм удаления тяжелых металлов в биоплато
В последние годы биоплато все чаще применяются также для очистки некоторых категорий производственных сточных вод, основными загрязнителями которых являются ионы тяжелых металлов и органические вещества. Исследования Walker [19] проанализировано распределение тяжелых металлов в биоплато и отмечено, что основное количество тяжелых металлов накапливается в слое загрузки. Закономерность удаления тяжелых металлов из биоплато, исследовал Cheng Shuiping, которій установил, что эффективность очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, высокая, а их содержание в очищенной воде ниже нормы, установленной ВОЗ для питьевой воды [34].
При использовании биоплато для очистки производственных сточных вод уделяется большое внимания вопросам экологической безопасности и в первую очередь токсикологическим критериям очистки, когда создаются оптимальные условия для превращения ионов тяжелых металлов в менее токсичные формы. Показано [34], что ионы тяжелых металлов наиболее токсичны тогда, когда они находятся в форме обменных соединений, а перевод их в связанное состояние снижает токсичность.
При протекании сточных вод через слои загрузки биоплато, многие ионы тяжелых металлов (Hg, Cd, Cu, As и др.) фиксируются на слое загрузки; при этом происходит ряд сложных процессов адсорбции, комплексообразования, осаждения и других видов физикохимического воздействия. Исследования Scholz M.[35] показано, что в процессе очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов (свинеци и медь) последние интенсивно накапливаются в биолато. Отмечено, что эффективность очистки зависит от адсорбирующей способности и окислительно-восстановительного состояния слоя загрузки. Obarska-Pempkowiak H. [36] отмечает, что содержание ионов тяжелых металлов (Mn, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr) уменьшается в сточных водах за счет адсорбции их поверхностью загрузки.
Микроорганизмы биопленки загрузки играют первостепенную роль в процессах удаления ионов тяжелых металлов. Механизмы удаления характеризуются большим разнообразием.
Поглощение. В процессе роста микроорганизмов некоторые тяжелые металлы часто поглощаются микроорганизмами, например и принимают участие в различных клеточных процессах. Так, например, медь и цинк участвуют в синтезе ферментов, РНК, ДНК.
Комплексо- и хелатообразование. Многие микроорганизмы выделяют полисахариды, глюкопротеиды, липополисахариды и другие соединения, содержащие фенольные, гидроксильные и активные функциональные группы, которые играют важную роль при комплексообразвании и хелатообразровании с ионами тяжелых металлов.
Осаждение. В процессе роста микроорганизмов выделяются некоторые вещества, которые способствуют осаждению ионов тяжелых металлов. Например, при анаэробных условиях сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфат-ионы до Н2S, а последний осаждается в виде нерастворимых сульфидов.
Превращение в менее токсичные формы. Многие ионы тяжелых металлов обладают переменными валентностями и при воздействии микроогранизмов они могут быть переходить в менее токсичные соединения. Например, под воздействием бактерий рода Pseudomonas Cr (VI) восстанавливается до менее токсичного Cr(III). Аналогичный процесс осуществляют и некоторые растения. Так, согласно исследованиям Isabel C. водные растения восстанавливают Cr (VI) до Cr(III), что приводит к снижению токсичности ионов хрома [38].
Адсорбция микроорганизмами. Анализ литературных данных показывает, что микроорганизмы, имея большую удельную поверхность, хорошо сорбируют ионы тяжелых металлов, поэтому большинство водорослей и микроорганизмов являются хорошими адсорбентами.
Поглощения, трансформации и накопления растениями. Многие растения в биоплато обладают способностью поглощения, трансформации и накопления тяжелых металлов таких, например, как Al, Fe, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Pb, V, Zn и др. Чем больше биомасса растения, тем лучше результат очистки. Del Rio [37] исследовал способность накопления Pb, Cu, Zn, Cd, Sb и As у 99 видов водных растений. Такие растения, как A. Azurea, B. Vulgaris, C. Fuscatum, C. Arvensis, C. Dactylon, характеризуются большой способностью к поглощению тяжелых металлов и поэтому получили название "растений гипераккумуляторов". У этих растений способность накопления тяжелых металлов в 100 раз выше, чем у обычных растений.
