УСТЬЕВОЕ ВОДООХРАННОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1996 года по МПК C02F3/32 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности водных объектов от поступления биогенных веществ, преимущественно соединений азота, фосфора, а также пестицидов, СПАВ, фенолов, нефтепродуктов и тяжелых металлов, содержащихся в возвратных водах оросительных систем или в поверхностном стоке с территории богарного земледелия, а также к очистке возвратных вод с целью их последующего использования для орошения.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности и получаемому результату является система очистки воды, содержащая водоохранную полосу с наклонными стенками, выполненную в виде последовательно расположенных трех зон биофильтрации, засаженных водной растительностью разных видов, избирательно поглощающих загрязняющие вещества.

Недостатком этой системы является также недостаточная эффективность и качество очистки при переменных расходе и степени загрязнения возвратных вод. Кроме того, большие количества токсичных веществ в воде угнетающе действуют на растения зон биофильтрации, довольно быстро понижая их очистительную способность, приводя к преждевременной гибели растений и необходимости чистого восстановления блока биоочистки.

Устранить подобные недостатки позволяет предлагаемое устьевое водоохранное сооружение, содержащее водоохранную полосу в виде траншеи с водной растительностью и водоприемником, которое снабжено аванкамерой и блоком физико-химического регулирования, при этом траншея выполнена в виде блока биохимического регулирования с водосливами-аэраторами, сообщающими его с одной стороны с блоком физико-химического регулирования, а с другой стороны с водоприемником, блок биохимического регулирования снабжен фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна в которых уменьшается по направлению движения воды, плотина снабжена слоем грунта с травами, размещенными на ее гребне и низовом отсеке, сооружение снабжено также трубопроводом в виде двух ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенными сквозь водосливы-аэраторы под блоком биохимического регулирования.

Сооружение имеет линейно-протяженное расположение, обусловленное размещением его в устьевой части открытых коллекторов по оси коллектора. Основные элементы расположены последовательно по течению воды.

На фиг. 1 изображена схема устьевого водоохранного сооружения, вид сверху; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 схема работы блока биохимического регулирования качества воды в режиме биофильтрации; на фиг.4 то же, в режиме биофильтрации и перелива; на фиг.5 то же, в режиме сброса; на фиг.6 схема устройства переливной плотины.

Устьевое водоохранное сооружение начинается аванкамерой 1 (фиг.1), выполненной с прямым уклоном дна в земляном русле и оборудованной сороудерживающей решеткой 2 со служебным мостиком. Аванкамера сопрягает открытый коллектор 3 с блоком 4 сооружения, который представляет собой блок физико-химического регулирования качества воды. Блок выполнен в виде траншеи 5 с вертикальными бетонными стенками, земляным дном и откосной стенкой со стороны аванкамеры 1.

Блок 6 блок биохимического регулирования качества воды сопряжен с блоком 4 посредством водослива-аэратора 7, а также представляет собой траншею с вертикальными бетонными стенками, земляным дном со слоем ила, на котором произрастают гидромакрофиты. С обеих сторон вдоль всего сооружения расположены бермы 8 для эксплуатационных работ. В блоке 6 расположена фильтрационно-переливная плотина 9, которая делит блок на две секции 10 и 11, причем отметка дна в секциях 10 и 11 уменьшается по направлению движения воды.

Фильтрационно-переливную плотину 9 (фиг.6) выполняют с дренажной призмой из крупнообломочного грунта, защищенного несколькими слоями обратного фильтра. Гребень 12 и низовой откос 13 плотины покрывают растительным грунтом, на котором произрастают травы. Верховой откос со стороны секции 10 покрыт как и дно секции 10 илом с произрастающими на нем гидромакрофитами.

Блок 6 биохимического регулирования качества воды сопряжен с водоприемником 14 также посредством водослива-аэратора 7. Кроме того, под дном блока 6 проложены по меньшей мере две ветви сбросного трубопровода 15, соединяющего аванкамеру 1 с водоприемником 14. Сбросной трубопровод проложен сквозь водосливы-аэраторы и имеет выходные патрубки с задвижками 16.

Сооружение имеет возможность работать в 3 режимах: биофильтрации, биофильтрации и перелива, сброса.

При работе в режиме биофильтрации (фиг.3) в блоке 4 уровень воды поддерживается переливом через водослив-аэратор 7. В блоке 6 в секции 10 уровень поддерживается фильтрацией сквозь фильтрационно-переливную плотину 9. В секции 11 блока 6 уровень воды поддерживается переливом через выходной водослив-аэратор 7.

При работе в режиме биофильтрации и перелива (фиг.4) уровень воды в блоке 4 поддерживается переливом через водослив-аэратор 7. В секции 10 блока 6 уровень поддерживается фильтрацией сквозь фильтрационно-переливную плотину 9 и переливом через гребень 12 плотины. В секции 11 блока 6 уровень воды поддерживается переливом через выходной водослив-аэратор 7.

При работе сооружения в режиме сброса (фиг.5) в блоке 4 уровень воды находится ниже гребня водослива-аэратора 7 и поддерживается сбросом воды по сбросному трубопроводу 15, минуя блок 6, в водоприемник 14. В этом режиме в блоке 6 в обеих секциях вода отсутствует.

Предлагаемое устьевое водоохранное сооружение работает следующим образом.

Коллекторно-дренажные воды, проходя из открытого коллектора 3 через сороудерживающую решетку 2, оставляют на ней плавающие механические включения, попадают в аванкамеру 1, а затем в блок 4 физико-химического регулирования качества воды. За счет падения скорости воды в блоке 4 по сравнению со скоростью воды в коллекторе 3 происходит оседание влекомых наносов и взвешенных веществ. Блок 4 работает как отстойник. В результате удаления плавающих механических включений, влекомых наносов и взвешенных веществ изменяется рН воды, уменьшается БПК₂₀ (БПК₅), ХПК.

На входном водосливе-аэраторе 7 происходит аэрирование переливающегося верхнего осветленного слоя воды. При этом происходит дальнейшее уменьшение БПК₂₀ (БПК₅) и ХПК и изменение рН.

В двухсекционном блоке 6 блоке биохимического регулирования качества воды с фильтрационно-переливной плотиной 9, осуществляются процессы деструкции, элименации, накопления, сорбции, осаждения, ионного обмена, нитрификации, азотфикации, а также минерализации органического вещества. Все эти процессы в водной среде реализуются посредством создания оптимальных условий для развития фитоценоза гидромакрофитов, фито- и зоопланктона, фито- и зообентоса, а также формирования донных отложений и поселением на твердых рыхлоуложенных субстатах фильтрационно-переливной плотины анейробных микроорганизмов.

Кроме того, расположенный на гребне 12 и низовом откосе 13 фильтрационно-переливной плотины 9 растительный грунт с произрастающими на нем травами при переливе воды через гребень служат естественным геохимическим барьером для многих химических веществ. Благодаря этим процессам снижается содержание в воде биогенных и других загрязняющих веществ (азот общий и минеральный, фосфор общий и минеральный, калий, пестициды, СПАВ, фенолы, нефтепродукты, тяжелые металлы и др.) до уровня предельно допустимых концентраций.

Функция макрофитов как регуляторов качества воды заключается в способности высших растений поглощать, аккумулировать и выводить из биотического круговорота биогенные элементы и загрязнители.

Наиболее предпочтительны для культивирования в блоке 6 фитоценозы тростника обыкновенного и рогоза узколистного. Продолжительность наиболее эффективного периода работы обусловлена периодом вегетации этих водных растений. Начало работы повышение среднесуточной температуры воды и почвы более + 8^оС (апрель-май). Окончание работы понижение среднесуточной температуры воды и почвы ниже +8^оС (октябрь-ноябрь). За пределами этого периода регулирование качества коллекторно-дренажных вод осуществляют биофильтрацией через фильтрационно-переливную плотину 9, аэрацией воды на водосливах 7 и работой блока 4.

При соблюдении основных экологических требований к среде обитания тростника обыкновенного и рогоза узколистного эти растения обеспечивают снижение массы годового сброса по следующим основным загрязняющим веществам в наиболее эффективный период (с мая по октябрь) в от исходных концентраций: азот 90-99; фосфор 85-95; калий 45-60; хлор 65-75; фенол 70-80; железо 50-70; марганец 40-60; ГХЦГ 80-95; метафос 95-99; хлорофос 95-99.

После блока 6, на выходном водосливе-аэраторе 7 вода насыщается атмосферным воздухом. При этом происходит окончательная коррекция рН воды, ее БПК₂₀ (БПК₅), ХПК до пределов, не превышающих ПДК.

Благодаря работе блока 4, фильтрационно-переливной плотины 9, водосливов-аэраторов 7 допустимые нагрузки на сооружение по основным загрязняющим веществам могут превышать допустимые нагрузки по загрязняющим веществам на тростниково-рогозовый фитоценоз.

Предлагаемое устьевое водоохранное сооружение позволяет очищать коллекторно-дренажные воды при переменном расходе и степени загрязнения до норм, позволяющих использовать очищенную воду для орошения, рекриации и других целей.

Использование: охрана водных объектов от поступления биогенных веществ, содержащихся в возвратных водах оросительных систем или в поверхностном стоке с территории богарного земледеления, и очистка возвратных вод с целью их последующего использования для орошения. Сущность изобретения: устьевое водоохранное сооружение состоит из последовательно расположенных по течению аванкамеры, блока физико-химического регулирования, блока биохимического регулирования качества воды. Аванкамера сопрягает блок физико-химического регулирования с открытым коллектором. Блок биохимического регулирования сопряжен с одной стороны с блоком физико-химического регулирования, а с другой - с водоприемником посредством водосливов-аэраторов и разделен фильтрационно-переливной плотиной на две секции. Гребень и низовой откос плотины покрыты слоем грунта с произрастающими на нем травами. Аванкамера сообщена с водоприемником посредством по меньшей мере двух ветвей проложенного под дном блока биохимического регулирования трубопровода, выходные патрубки которого с задвижками пропущены сквозь водосливы-аэраторы. 6 ил.

1. Устьевое водоохранное сооружение, содержащее водоохранную полосу в виде траншеи с водной растительностью и водоприемником, отличающееся тем, что оно снабжено аванкамерой и блоком физико-химического регулирования, а траншея выполнена в виде блока биохимического регулирования с водосливами-аэраторами, сообщающими его с одной стороны с блоком физико-химического регулирования, а с другой стороны с водоприемником, блок биохимического регулирования снабжен фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна в которых уменьшается по направлению движения воды, плотина снабжена слоем грунта с травами, размещенными на ее гребне и низовом откосе, сооружение снабжено также трубопроводом в виде двух ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенными сквозь водосливы-аэраторы под блоком биохимического регулирования.