УДК: 581.5:628.29:628.32

М.А.Захарченко, канд. техн. .наук (УкрНДІЕП).

БІОІНЖЕНЕРНІ СПОРУДИ (БІС)  ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ПОБУТОВИХ СТІЧНИХ ВОД

Еколого-економічні чинники змусили велику кількість країн світу впроваджувати замість існуючих типів очисних споруд побутових стічних вод (надзвичайно енергомістких) прості в будівництві та з низькими затратами при експлуатації споруди, що базуються на використанні очисних властивостей вищих водних рослин (очерет, рогіз та ін.), тобто процесу фіторемедіації.

Ключові слова. Фіторемедіація, побутові стічні води, біоінженерні очисні споруди (БІС).

Вступ. Перед уважним розглядом даного матеріалу важливо зрозуміти, що БІС – це лише одна з багатьох систем для очищення забруднених вод, що базуються на використанні процесів фіторемедіації [1], тобто очищенні забруднених вод у біогеоценозі вищих водних рослин. Але при відповідних розрахунках їх параметрів, належному проектуванню і, особливо – відповідальному будівництву та експлуатації БІС, можуть стати надійною спорудою для видалення таких забруднень стічних вод, як  БСК (біологічне споживання кисню), ХСК (хімічне с поживання кисню), ЗР (завислі речовини), сполуки групи азоту (нітрати, нітрити, амоній), іони ряду металів, вуглеводні (нафтопродукти) та інші.  БІС – це надійні   біологічні  фільтри , які можуть перехоплювати, затримувати та трансформувати більшість з розчинених у стічних водах забруднень

Стан справи. Споруди фіторемедіації (і БІС – у тому числі) забезпечують видалення з стічних вод до 40-80% загального азоту (в залежності від сезону – найефективніше споруди діють влітку), особливо  ефективно (до 99.0%) видаляються  фекальні колі-форми. Біоінженерні очисні споруди мають вигляд  штучно створених заболочених ділянок, боліт чи мілких озер, поверхня яких повністю чи частково покрита вищими водними рослинами (закріпленими, такими як очерет, рогіз, аїр чи плаваючими, як ряска).  БІС  - це,  перед усім,  біологічні фільтри, які  дуже  ефективні у видаленні забруднень за  БСК, ХСК, завислих речовин  і органічного  азоту;   майже  повністю  видаляються нітрати. Ефективність очищення – це функція часу перебування стічної води в БІС, тобто часу контакту води з біоценозом вищих водних рослин.   Коли ми говоримо про ефективність очищення стічних вод в БІС, ми пам’ятаємо, що ці споруди є лише одним з блоків складної системи очищення.

Мета даної роботи – ознайомлення широкого загалу (науковців, проектувальників, представників місцевих адміністрацій) з економічно доцільним шляхом очищення побутових стічних вод невеликих населених пунктів на основі узагальненого досвіду впровадження споруд фіторемедіаціїї у світі та Україні.

Основні типи  споруд фіторемедіації (БІС). Існує два основних типи споруд фіторемедіації (БІС) – з вільною водною поверхнею (ВВП) та з потоком води під поверхнею фільтруючої товщі – під поверхневий водний потік (ППВП) [2,3]. На рисунках  1 (БІС ВВП) та 2 (БІС ППВП) показано поперечні розрізи з конструктивними особливостями кожного типу БІС.    Кожен  тип  має свої  переваги  і недоліки, які  мають  бути   належним чином оцінені в процесі вибору необхідного типу  споруди, можливих  методів відведення очищеного  потоку, особливостей території розташування очисних споруд, а також   вимог  на скиді.  Хоча технологія  очищення з використанням БІС надзвичайно  проста, багаторічний досвід експлуатації таких споруд (який вже накопичився) показує,  що максимально ефективне використання   кожного виду споруд фіторемедіації (природних заболочених земель, озер ставків чи басейнів) -  нетривіальний  процес,  що вимагає серйозної роботи  досвідчених  вчених та  проектувальників, які  належним  чином  оцінюють  відповідну систему.

Споруда фіторемедіації (БІС) з вільною водною поверхнею (ВВП) , в якій вода очищається у процесі руху  через щільні зарості ВВР.

Рис.1. Споруда фіторемедіації (БІС) з вільною водною поверхнею (ВВП) , в якій вода очищається у процесі руху  через щільні зарості ВВР.

Споруда фіторемедіації (БІС) з підповерхневим водним потоком у фільтруючій щебеневій товщі (ППВП) .Очищення води проходить у фільтруючій товщі, в якій містяться мікроорганізми біоценозу кореневої системи ВВР ( споруди «root zone»).

Рис.2. Споруда фіторемедіації (БІС) з підповерхневим водним потоком у фільтруючій щебеневій товщі (ППВП) .Очищення води проходить у фільтруючій товщі, в якій містяться мікроорганізми біоценозу кореневої системи ВВР ( споруди «root zone»).

Споруда фіторемедіації (БІС) в Україні є комбінацією 2 основних типів БІС – в основі лежить фільтруюча товща, як правило, з піску, а над поверхнею фільтруючої товщі влаштовується шар води, товщиною від 0.4 м (влітку) до 0.8-1 м (взимку). У фільтруючій товщі рух води відбувається аналогічно БІС типу ППВП, а у верхньому шарі вода рухається горизонтально,  подібно до БІС з вільною водною поверхнею (ВВП).

Рис.3. Споруда фіторемедіації (БІС) в Україні є комбінацією 2 основних типів БІС – в основі лежить фільтруюча товща, як правило, з піску, а над поверхнею фільтруючої товщі влаштовується шар води, товщиною від 0.4 м (влітку) до 0.8-1 м (взимку). У фільтруючій товщі рух води відбувається аналогічно БІС типу ППВП, а у верхньому шарі вода рухається горизонтально,  подібно до БІС з вільною водною поверхнею (ВВП).

Багаторічний досвід вже показує, що очисні споруди, що використовують процеси фіторемедіації завжди досягають вимог  контролюючих органів для даного регіону. На відміну від традиційних очисних споруд,   вони можуть очищувати потоки стічних вод у широкому діапазоні змін – від 0 до 2-3 максимальних розрахункових щодобових витрат (за рахунок запасу об’єму споруд у межах дамб). Експлуатаційні витрати для споруди фіторемедіації (БІС)  мінімальні, що підтверджує експлуатація більшості  споруд, зокрема у смт. Баштанка Миколаївської області (у роботі вже понад 6 років). БІС реально є самодостатньою, саморегулюючою природною системою, що використовується для очищення забруднених вод. У цьому вони подібні до стабілізаційних лагун - ставків. Проте, на відміну від лагун,  вони  ефективніші  і  тому  потребують набагато меншу площу землі.  Але  найбільша  перевага споруд такого типу над іншими  технологіями,  які забезпечують аналогічний ступінь очищення, у відсутності залежності від  енергоресурсів [4,5].

Ефективність очищення побутових стічних вод в БІС протягом 2003-2006 рр (за БСК5). смт.Золочів, Харківська область.

Рис.4. Ефективність очищення побутових стічних вод в БІС протягом 2003-2006 рр (за БСК5). смт.Золочів, Харківська область.

Очисна система на основі процесів фіторемедіації має вигляд каскаду з кількох споруд (мінімально-3), з яких перші працюють як відстійники, дві-три інші – основні блоки очищення, що мають конструкцію у вигляді комбінації (рис.3) двох основних типів БІС, остання споруда, як правило, типу ВВП (рис.1), виконує роль блоку доочищення (особливо по групі азоту).

Накопичений за останні 15 років впровадження  фіторемедіації досвід показує, що є ряд питань, які  найчастіше хвилюють спеціалістів при виборі для очищення  побутових стічних вод неваеликих  населених пунктів   споруди цього типу (БІС, біоплато, біоінженерних технологій та інших.

1. Що трапляється, коли йде дощ? Дощові води скорочують час очищення, оскільки вони розбавляють стічні води. Звичайно, це не підвищення ефекту очищення, а просто зниження концентрації. Для кліматичних умов України ефект розбавлення дощовою водою можна не враховувати. Звичайно, БІС необхідно захистити від затоплення поверхневим стоком, для чого служать дамби навколо споруди. Крім того, необхідно виключити можливість переливу стічних вод з БІС.

2.      Як споруди фіторемедіації працюють у холодну погоду? У спорудах фіторемедіації (БІС у тому числі),  проходять очисні процеси, які залежать від температури.  Тому при розробці проекту  БІС необхідно розрахувати параметри споруди для найгірших умов,  якими  є  низькі температурі взимку. Сніговий покров  фактично  допомагає роботі БІС. За нашими проектами успішно працюють системи з очищення побутових стічних вод  в смт. Золочів (вже 2 споруди, заплановано ще 2), Харківської області, смт. Баштанка, Миколаївської області. У Норвегії  діють БІС за Полярним Колом.

3.      А як відносно аромату? Безумовно, БІС, як і всі очисні споруди виробляють не Шанель №5. але в густих заростях очерету чи рогозу  неприємні аромати   фактично нейтралізуються. При цьому, звичайно, у БІС типу ППВП, де рівень води залягає на глибині 7-10 см нижче поверхні, а сама поверхня покрита товстим шаром одпалого листя чи  стебел, неприємний запах ледве чутний при знаходженні поряд з БІС. Для  очисних споруд фіторемедіації з вільною водною поверхнею (ВВП)    запах починається вловлюватись на відстані 20-40 м ( у залежності від того, на якому місці у каскаді БІС ви знаходитесь). Основний запах має місце поряд з традиційними відстійниками, а коли у якості відстійника використовується БІС ВВП (біоплато) неприємні аромати значно слабші, ніж на традиційних очисних спорудах.

4.      Чи можуть споруди фіторемедіації  стати  частиною ландшафту,  наприклад у природних парках, поряд з місцями відпочинку? Безумовно. Ми маємо багато прикладів як за кордоном, так і в Україні. Наприклад, споруди для очищення поверхневих та, частково, побутових стічних вод  Курязького ДБК (працюють з 1994 року, м.Харків) стали частиною озерно-паркової зони відпочинку та риболовлі. Очисні споруди в смт.Баштанка (Миколаївська область), які  мають вигляд каскаду з 6 споруд, стали житлом для великої кількості диких птахів. Фактично, очисні споруди фіторемедіації являються елементом водно-болотних угідь.

5.     Скільки потрібно землі для розташування очисних споруд типу БІС? Розміри споруд фіторемедіації, перш за все,  залежать від якості води, що поступає на очищення та вимог  на скиді, а також конструктивних особливостей та інше. Площа таких очисних споруд може скласти,  в середньому,  10-30 м2 на 1 м3 води, що надходить на очищення протягом доби. Звичайно, незабаром з’явиться і проблема вартості землі, але багаторічні дослідження в Україні, показали, що в порівнянні з надзвичайно низькими експлуатаційними витратами, навіть оплата аренди найкращого чорнозему буде приносити високий прибуток.

Висновки

1.Роботами спеціалістів УкрНДІЕП встановлено, що для природних умов Україні найефективнішим є використання споруд фіторемедіації, які поєднують 2 основних типи БІС в одній споруді (рис.3), оскільки  на більшій частині нашої країни ширше розповсюджено піски ніж щебінь;

2. Поєднання двох типів споруд в одну підвищує ефективність роботи БІС по очищенню, що дозволяє зменшити необхідну площу споруди;

3. Досвід експлуатації очисних споруд типу БІС в багатьох місцях України за останні 10-12 років показав їх високу ефективність та низькі експлуатаційні затрати .

Література.

1.Kadlec, R.H. and Knight R.L. 1996. Treatment Wetland. Boca Raton, FL: Lewis-CRC Press.

2.Geartheart, R.A. 1992. Use of Constructed Wetlands to treat Domestic Wastewater, City of Arcata, California, ‘Wat. Sci. Tech., Vol.26, No. 7-8, pp.1625-1637/

3. Захарченко М.А., Рижикова И.А.Очистка сточных вод и загрязненных грунтов с помощью экофитотехнологий. Мир техники и технологий, ноябрь, №11(48), 2005, с.60-62

4.Zakharchenko M., Dziubenko Y., Ryzhykova I. The Experience of Exploitation of Constructed Wetlands in Ukraine. 10th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control (2006, Lisbon, Portugal). 2006. р. 56–59

5.Захарченко М.А., Михайленко О.І., Судаков Є.А. Установка для біологічного очищення стічних вод. Український інститут промислової власності УкрПатент. Позит. рішення № 36916. від 14.10.2003 р.