УКРАИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ (УкрНИИЭП)

ЛАБОРАТОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Простые и надежные, современные энергосберегающие методы очистки сточных вод, грунтов и илов. Используются только природные процессы очистки. Минимальные капитальные и эксплуатационные затраты!!!

ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ – комплекс очистки вод и грунтов с использование высших водных растений (тростник, рогоз, аир, камыш).

БИОИНЖЕНЕРНЫЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ (БИС)

- СООРУЖЕНИЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ, НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ

В УКРАИНЕ

Работают в автономном режиме без капитального ремонта на протяжении 30-40 лет;

Очистка до действующих экологических требований

Не используется:

электроэнергия, тепло, сложное оборудование, строения, дополнительная микрофлора и химические реагенты

Капитальные затраты минимальные, до 1400-2500 грн. на 1м3 сточных вод/сутки.

Эксплуатационные затраты до1000 грн./мес.(контроль за состоянием сооружений, очистка отстойников).

Экономия средств по сравнению с традиционными сооружениями: капитальные затраты ниже от 0.5 до 2-3 млн. грн. на 1 установку, эксплуатациолнные затраты ниже на 150-350 тис. грн./год, проектирование  ниже на 50-100 тыс грн. на 1 проект

БИС работают в автоматическом режиме, как сама природа!

Сооружения фиторемедиации – искусственные или природные заболоченные участки, ботанические площадки, фильтрационные устройства,  пруды с посадками высших водных растений (ВВР), биоплато, биоинженерные очистные сооружения «БИС» - используются  в схемах очистки загрязненных вод и грунтов. В англоязычных странах такие сооружения имеют название Constructed Wetlands (искусственные болота) и нашли широкое применение для очистки бытовых, ливневых, шахтных, карьерных и других сточных вод.

ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ На Украине такие сооружения известны под названием биоинженерные очистные сооружения (БИС) и разработаны на протяжении 1985 - 90 г.г. в УкрННИЭП (патент Украины №№ 7705, 7708, 1995 г). Биоинженерные очистные сооружения (БИС) - очистные сооружения, которые объединяют основные элементы сооружений грунтовой очистки с гидробиоценозами биоплато или биопрудов с посадкой ВВР. Отличительной чертой БИС является сформированный биогеоценоз, количественные и качественные характеристики составляющих компонентов которого формируются под непосредственным и опосредованным влиянием ВВР. Конструкция данного типа сооружений обеспечивает движение потока жидкости, которая очищается в горизонтальной плоскости - через заросли макрофитов, а также и в вертикальной - через насыщенную корнями прослойку грунтов, насыщенных микрофлорой и хорошо развитым альгоценозом. Площадь биоинженерных сооружений зависит от расхода сточных вод и качества очищаемой воды. Например, БИС Куряжского ДСК Харьковской области - 0.8 га, БИС Полтавского ГОКа, Полтавская область - 18 га. Высшие водные растения представлены видами с хорошо развитой корневой системой – тростником обыкновенным, рогозом, камышом озерным и другими.

Площадь покрытия акватории сооружений растительностью - 100%. В зависимости от степени загрязнения вод и грунтов, внешних факторов (температуры воздуха, атмосферных осадков, инсоляции) и режима эксплуатации, время контакта потока с биогеоценозом, при котором достигается максимальный эффект очистки составляет от 3  до 6 суток и выше.

Основные типы сооружений фиторемедиации (БИС). Существует два основных типа сооружений фиторемедиации (БИС) – со свободной водной поверхностью (СВП) и с потоком воды под поверхностью фильтрующей толщи – подповерхностный водный поток (ППВП) [2,3]. На рис. 1 (БИС СВП) и рис. 2 (БИС ППВП) показаны поперечные разрезы с конструктивными особенностями каждого типа БИС.

Большинство сооружений фиторемедиации (БИС) на Украине являются комбинацией 2 основных типов БИС, что гарантирует вертикальное и горизонтальное движение сточных вод.

Споруда фіторемедіації (БІС)

Споруда фіторемедіації (БІС)

Рис. 1. Сооружение фиторемедиации (БИС) со свободной водной поверхностью (СВП) Рис. 2. Сооружение фиторемедиации (БИС) с подповерхностным водным потоком в фильтрующей щебенчатой толще (ППВП)

Споруда фіторемедіації (БІС)

Каскадна конструкція БІС
Рис. 3. Конструкция наиболее часто используемых  сооружений фиторемедиации в Украине (БИС)
Рис. 4  Каскадная конструкция БИС

Для достижения необходимого качества очистки сточных вод используется каскадная конструкция биоинженерных сооружений, при которой каждая ступень каскада действует как самостоятельное сооружение и изымает необходимую часть загрязнений. Таким образом, каскад из 3-4 сооружений устраняет загрязнения в сточных водах даже в первый год работы БИС. В обоих типах БИС (с горизонтальной та вертикальной фильтрацией) для эффективной работы сооружений необходима система отстойников и регуляторы уровня воды.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В БИС

Исследования  накопления химических веществ проводились на протяжении 5 лет (1984-1989 гг) на опытном полигоне УкрННИИЭП на экспериментальных установках, которые моделировали БИС и показали, что системы, которые объединяют песчано-гравийные фильтры и фитоценозы высших водных растений, эффективнее поглощают загрязняющие вещества, растворенные в воде, чем природные заросли растений и могут быть использованы в системах очистки вод.


Рис. 4. Накопление загрязняющих веществ фитомассой тростника

Как свидетельствуют данные исследований, процесс очистки сточных вод начинается сразу же после начала работы биоинженерных сооружений и его эффективность возрастает вместе с развитием в БИС высших водных растений.

Рис. 5. Развитие микрофлоры в БИС

Анализ эффективности работы БИС показал, что около 80% загрязняющих примесей изымается за счет биохимических преобразований в процессе жизнедеятельности микроорганизмов: бактерий, грибов, актиномицетов, которые находятся в водной и фильтрующей толще БИС, а также на перифитоне высших водных растений. Наибольшее количество микроорганизмов развивается в фильтрующей толще БИС, которая содержит кроме загрузки (песок, щебень) корневую массу растений (рис. 5), являющейся субстратом для развития представленных групп микрофлоры. Отличительной чертой микрофлоры является то, что представленные микроорганизмы адаптированы к условиям развития в БИС и находятся в симбиозе с высшими водными растениями.

Преобладающее большинство биогенных элементов и часть солей перерабатываются биоценозом БИС за счет биохимических процессов в клетках высших водных растений, водорослей и микроорганизмов, что способствует наращиванию их биомассы. Значительная часть растворенных загрязнений попадает в корневую систему высших водных растений в частности, тростника, как вещества, которые накапливаются и используются растениями для самовосстановления  фитоценозов в следующем вегетационном цикле.

Часть загрязняющих взвешенных веществ оседает в БИС, органическая составляющая которых подлежит биохимической деструкции, а оставшаяся часть выносится из системы вместе с очищенной водой.

Доказанная эффективность этих сооружений составляет:

Водные корни рогоза

 

-          по ионам аммония.......................................................60 – 90 %

-          по фосфатам.................................................................20 – 60 %

-          по тяжелым металлам...................................................20 – 80 %

-          по взвешенным веществам.........................................96 – 98 %

-          по сульфат ионам.........................................................25 – 30 %

-          по ионам натрия, кальция, магния.............................10 –15 %

-          по нефтепродуктам......................................................20 – 90 %

-          бактерий E-Coli............................................................96 – 98 %

-          по органическим веществам (БПК, ХПК).................65 – 90 %

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД В БИС

Вместе с очисткой в БИС происходит обеззараживание сточных вод. Обеззараживание проходит естественным путем в фитоценозах высших водных растений без дополнительного оборудования, хлорирования и других принятых химических методов обработки сточных вод. Происходит этот процесс за счет выделения растениями, водорослями, микроорганизмами та другими компонентами биоценоза БИС в водную среду фитонцидов и других веществ, которые подавляют патогенную микрофлору, такую как яйца гельминтов, кишечная палочка, возбудители туберкулеза и других. Данные подтверждены заключениями лабораторий рядя областных СЭС.

РАБОТА БИС В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Биоинженерные очистные сооружения работают на протяжении всего года!!!

Работа сооружений в зимний период не прекращается. Со снижением температуры окружающей среды прекращается вегетация растений, снижается скорость микробиологических процессов в фильтрующей толще (на 12-15%), что оказывает влияние на качество очистки сточных вод. Но благодаря тому, что фильтрующая толща не промерзает зимой, процессы трансформации загрязнения не прекращаются, а только замедляются. Очистка сточных вод происходит в этот период, в основном,  за счет микробиологических процессов, протекающих в фильтрующей толще. В отличие от искусственной микрофлоры, которая нуждается в особенных условиях для развития, в БИС, благодаря высшим водным растениям развивается естественная микрофлора, которая уже адаптирована к колебаниям температуры, влаги, состоянию качества воды. БИС моделируют в искусственных условиях природную среду, что обеспечивает работу сооружений на протяжении всего года.

Такие особенности в работе БИС учтены в конструкции сооружений. Их площадь увеличена на 20% , что, по расчетам авторов, компенсирует снижение очистки в зимний период и способствует поддержке соответственного расчетного уровня очистки в это время года.

Кроме того, рекомендуется в зимний период повышать уровень воды в БИС до 0,5-0,6 м, для предотвращения промерзания корневищ растений.

В этот период необходимо скашивать фитомассы ВВР по льду, что способствует удалению с фитомассой веществ, которые поглотили растения из сточных вод. Скашивание по льду, кроме того, предотвращает повреждение корневищ, конусов и проростков тростника и рогоза, которые являются основой для восстановления фитоценозов растений в следующем году.

БИОИНЖЕНЕРНЫЕ  ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО ИСПОЛЬЗУЮТСЯ  ДЛЯ:

-          очистки и доочистки бытовых и промышленных сточных вод небольших населенных пунктов, объектов сельскохозяйственного и пищевого производства, промышленных предприятий, больниц, баз отдыха и т.п.;

-          очистки сточных вод  с территории промышленных предприятий и жилых массивов, автодорог, аэропортов;

-          водоподготовки природных и сточных вод в системах водообеспечения предприятий, для капельного орошения;

-          искусственного пополнение  водоносных  горизонтов.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Природных характер  процесса очистки является существенным преимуществом сооружений фиторемедиации по сравнению, например, с биологической очисткой в аэротенках, где процессы биодеструкции интенсифицированы и существенно отличаются от естественных. Это вызывает  необходимость их постоянной искусственной поддержки (в основном аэрации), которая складывается из затрат электроэнергии, постоянного контроля и соответственного обслуживания высококвалифицированным персоналом.

Преимущества использования БИС:

-          для размещения и строительства БИС можно использовать земли, которые не подлежат для какого-либо использования – бывшие свалки, пустыри, балки, заболоченные места, или какие-нибудь другие составляющие части рельефа;

-          для строительства сооружений не требуются  высококвалифицированные специалисты, и может быть выполнена местными строительными организациями с традиционными техническими средствами;

-          эксплуатация не требует затрат электроэнергии, химреактивов;

-          срок работы БИС без капитального ремонта до 30 лет и больше, так как это - самовосстанавливающаяся система;

-          для эксплуатации сооружений достаточно  1 работника  со средним уровнем квалификации;

-          сроки введения в эксплуатацию БИС   -  через 2-6 месяцев после начала строительства.

Использование прогрессивных технологий, основанных на действии высших водных растений, в наше время является экологически приемлемым, и экономически наиболее перспективным направлением в системе очистки сточных вод, водоподготовке, а также очистке загрязненных грунтов. Их распространение может способствовать восстановлению или улучшению экологической ситуации в регионе.

ВНЕДРЕНИЕ БИС

Лаборатория с 1984 года занимается разработкой и внедрением биоинженерных очистных сооружений (БИС) типа Constructed Wetlands. По данной разработке защищено пять  патентов Украины.

С 1985 года разработано более 100 проектов биоинженерных очистных сооружений (БИС) в 18 областях Украины, более 30 из них построены. Лаборатория занимается разработкой проектов БИС для различных объектов на разных стадиях внедрения – от разработки ТЭО, рабочих проектов, экспертизы до строительства. Построено и действуют около 30 биоинженерных очистных сооружений (Харьковская, Николаевская, Запорожская, Львовская области и другие).

С 1998 года в Украине действует наибольшее в Европе биоинженерное сооружение типа Constructed Wetlands, которое используется для Полтавского ГОКа,  площадью 16 га, мощностью до 40000 м3 /сутки.

Проекты разрабатываются для бытовых сточных вод (поселки, небольшие города, детские дома, санатории и др.), производственных (мясокомбинаты, молокозаводы, завод по переработке соков), ливневых (Куряжский ДСК, Донецкий аэропорт, сточные води порта г. Николаев), шахтных вод (ООО «Павлоградуголь»).

Кроме того на основе фитотехнологии в лаборатории разработано:

1. технологию «Экофитопоток» - очистка вод с использованием уже загрязненного объекта (шахтные воды ООО «Павлоградуголь»);

2. технологию обезвоживания иловых карт с использованием высших водных растений;

3. технологию оздоровления малых речек и использованием фитотехнологий (разработана программа оздоровления трансграничной речки Луга – бассейн Западного Буга, программа оздоровления речки Бык – бассейн р. Самара);

4. локальные очистные сооружения (ЛОС) для очистки ливневых сточных вод.