Введение
Пруды, предназначенные и построенные для очистки сточных вод
Стабилизационные пруды (WSPs, стабилизирующие пруды или лагуны для стабилизации отходов) – это пруды, предназначенные и построенные для очистки сточных вод с целью снижения содержания органических веществ и удаления патогенных микроорганизмов. Это искусственно созданные углубления, огражденные земляными сооружениями. Сточные воды или "приток" поступают с одной стороны стабилизационного пруда и выходят с другой стороны как "очищенные стоки" после нескольких дней пребывания в пруду, в течение которых происходят процессы очистки. Стабилизационные пруды используются во всем мире для очистки сточных вод и особенно подходят для развивающихся стран с теплым климатом. Они часто применяются для очистки бытовых и промышленных сточных вод, но также могут использоваться для очистки муниципальных поверхностных или ливневых стоков. Система может состоять из одного пруда или нескольких прудов, последовательно соединенных друг с другом, каждый из которых выполняет определенную роль в удалении загрязняющих веществ. После очистки очищенные стоки могут быть возвращены в поверхностные воды или повторно использованы для орошения (или рекультивации), если они соответствуют установленным нормам качества (например, достаточно низкому уровню патогенных микроорганизмов). Стабилизационные пруды используют естественные процессы очистки, которые требуют времени из-за медленной скорости удаления веществ. Поэтому для них требуется большая площадь, чем для других методов очистки, требующих внешних энергозатрат. В описанных здесь стабилизационных прудах не используются аэраторы. Технология высокопроизводительных лагун, использующая аэраторы, имеет больше общего с процессом активированного ила. Такие аэрируемые лагуны занимают меньшую площадь, чем традиционные стабилизационные пруды, и также распространены в небольших населенных пунктах.
Понятие стабилизации
Сточные воды и многие виды промышленных сточных вод содержат органические вещества. Если сточные воды сбрасываются в поверхностные водоемы (например, реки и озера) без очистки, органические вещества в них служат пищей для микроорганизмов, обитающих в этих водах. Эти организмы используют органические вещества для получения энергии, необходимой для роста и размножения. Этот процесс происходит посредством дыхания, в результате которого органические вещества преобразуются в углекислый газ и воду. Эти стабильные компоненты не создают проблем загрязнения воды. Поэтому этот процесс часто называют "стабилизацией" органических веществ. Однако эти организмы потребляют кислород в процессе дыхания, тем самым снижая его концентрацию в поверхностных водах. Это одна из основных проблем загрязнения воды, которая может негативно повлиять на биоту поверхностных вод, включая рыб. Стабилизационные пруды воспроизводят эти биологические процессы до того, как они происходят в принимающем водоеме и вызывают проблемы загрязнения, связанные с потреблением кислорода. Пруды принимают сточные воды и, благодаря естественным процессам, аналогичным тем, что происходят в поверхностных водах, осуществляют стабилизацию органических веществ внутри себя в процессе очистки. Именно поэтому они и получили название стабилизационных прудов.
Микроорганизмы
Реакции происходят при совместном участии нескольких микроорганизмов, обитающих в пруду. Органическое вещество измеряется как биохимическое потребление кислорода (БПК). Значения БПК в очищенных водах пруда ниже, чем во входящих, что отражает удаление органического вещества. Эта прудная биота использует органическое вещество из сточных вод в качестве пищи. Питательные вещества преобразуются в клеточный материал и энергию для жизненных процессов, включая размножение и рост живых клеток. Некоторые из этих живых клеток будут потребляться организмами на более высоких трофических уровнях внутри пруда. В прудах наиболее важной группой микроорганизмов являются бактерии, которые используют большую часть органического вещества из сточных вод, но также потребляют кислород. Водоросли – еще одна важная группа микроорганизмов. Они не зависят от органического материала во входящих водах. Вместо этого они осуществляют фотосинтез, в процессе которого производят органическое вещество для собственного потребления и, что очень важно, выделяют кислород. Избыточный кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза, поддерживает дыхание аэробных организмов в пруду. Атмосферный кислород также растворяется в воде, что способствует поддержанию аэробного слоя на поверхности пруда.
Уровень кислорода
Концентрация кислорода меняется по толще воды: у поверхности она высока и поддерживает рост аэробных организмов. Вблизи дна пруда проникновение солнечного света ограничено, что снижает активность фотосинтеза. Это приводит к низкой концентрации кислорода в этой зоне. Наконец, внутри донных отложений в нижнем слое кислород полностью отсутствует. Здесь органические вещества разлагаются анаэробными организмами. Патогенные простейшие присутствуют в сточных водах в форме цист или ооцист. Гельминты (черви) представлены яйцами. Патогенные простейшие и гельминты могут удаляться посредством осаждения. Однако ил (осадок) из прудов может быть сильно загрязнен яйцами гельминтов, которые способны сохраняться даже после нескольких лет хранения ила в пруду.
Факультативные пруды
Факультативные стабилизирующие пруды, принимающие сырые сточные воды, называются первичными факультативными прудами. Если они принимают сточные воды, предварительно обработанные в анаэробных прудах, они называются вторичными факультативными прудами. Факультативные стабилизирующие пруды также могут использоваться для доочистки после других процессов, таких как реакторы с анаэробным взвешенным слоем шлама (UASB), окислительные канавы или аэрируемые лагуны. По сравнению с анаэробными прудами, факультативные пруды более мелкие (глубиной 1,5–2,5 м) и имеют значительно большую площадь поверхности. Площадь поверхности важна, поскольку она обеспечивает растворение атмосферного кислорода и проникновение солнечного излучения в воду. Это позволяет осуществляться фотосинтезу, который производит больше кислорода. В большинстве прудов для максимального разложения органических веществ и удаления других загрязнителей необходимы как бактерии, так и водоросли. Их также можно использовать после процесса активированного ила. Пруды-маточники должны быть мелководными (глубиной около 1,0 м или меньше) с большой площадью поверхности, чтобы в воду могло раствориться больше кислорода, обеспечивая бактериям достаточное количество для нормальной жизнедеятельности.
Применение и пригодность
Стабилизационные пруды очень эффективны в достижении своей основной цели – удалении органических веществ, а также, при определенных условиях, патогенных микроорганизмов. Критерии их проектирования практически не изменились за годы применения. В зависимости от конкретных условий местности, стоимость строительства может возрастать и становиться сопоставимой с другими технологиями. Стабилизационные пруды – один из самых экономичных способов очистки сточных вод в плане эксплуатации и обслуживания.