СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК C02F3/32 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод с помощью высших растений и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод, а также сточных вод животноводческих комплексов.

Известен способ очистки воды, согласно которому очищаемая сточная вода протекает через канал, содержащий сетки из инертного материала, погруженные в воду. На них высаживают тропическое многолетнее вечнозеленое болотное растение циперус очереднолистный. Корни циперуса прорастают сквозь ячейки сетки и заполняют проточный объем канала, активно поглощая своей поверхностью необходимые растению растворенные в воде компоненты. Кроме того, на поверхности корней формируется микробиологическое сообщество, которое за счет своей биохимической активности обеспечивает дополнительное поглощение и разложение загрязняющих воду компонентов. Одновременно корни выполняют и функцию фильтра, осаждая на своей поверхности дисперсные примеси, на долю которых обычно приходится набольшая часть общей массы загрязнений (авт. св. СССР N 1719320, кл. C 02 F 3/32).

Основным недостатком этого способа, так же как и других способов, основанных на использовании водно-болотных растений, является то, что все виды растений, адаптированные к условиям развития в водной среде или при постоянно высокой влажности в области ризосферы (гидрофиты), не обладают способностью развивать относительно большую корневую поверхность, величина которой в первую очередь и определяет эффективность поглощения загрязнений.

Указанный недостаток устраняется использованием обычных высших сухопутных растений (мезофитов), способных развивать при культивировании в водной среде корневой системы с высокоразвитой поверхностью. Некоторые из таких видов растений используются в изобретении (патент России N 2061663, кл. C 02 F 3/32), которое является наиболее близким к изобретению и принято в качестве прототипа. В прототипе повышение эффективности очистки воды достигается путем контакта очищаемых сточных вод с корневыми системами из видов сухопутных растений (мезофитов), например тополя черного Populus nigra L, зебрины висячей Zebrina pendula schnirt, гибискуса китайского Hibiscus rosa-sinensis L, махорки Nicotiana nustica L, Руэлии прекрасной Ruelia formosa Andr. , фикуса вишневидного Ficus cerasiformis Dest., гинуры золотой Gynura aurantica (Bl. ) DC, перескии колючей Pereskia aculcata Mill. Недостатком способа является относительно ограниченная способность применяемых видов растений развивать крупную и густую корневую систему с большой адсорбирующей поверхностью.

Задача изобретения - повышение эффекта очистки сточных вод с помощью растений.

Указанная задача решается путем контакта сточных вод с корневыми системами высших растений одного из перечисленных ниже видов или любой из совокупности: бальзамин Валлера Impatiens walleriana Hook, инжир (фикус каника) Ficus canica L., крапива двудомная Urtica dioical, пилея Кадиера Pilea Cadieri Gagnepet Gill, полынь обыкновенная Antemisia vilgaris L., Рэо разноцветное Rhoeo discolor Nunce, сеткреазея пурпурная Setcreasea purpurea Boom, фикус эластичный Ficus elasticaRoxb, ex Hornem.

Эти виды найдены в результате специального экспериментального исследования более 170 разновидностей высших растений.

Пример 1. На экспериментальной установке в лабораторных условиях очищали имитат карьерной воды, полученный размешиванием тонкодисперсной угольной пыли в водопроводной воде. Экспериментальная установка представляла собой набор стеклянных емкостей вместимостью 0,5 дм³ каждая. Все емкости были оборудованы аэролифтной системой для аэрации и циркуляции воды. В каждую емкость высаживали черенок одного из подготовленных к исследованию видов растений, включая виды, используемые в прототипе. Перечень видов представлен в табл. 1 - 4.

Растения культивировали на водопроводной воде в течение года при замене воды один раз в неделю. Дополнительно к естественному освещению использовали освещение люминисцентных ламп дневного света 16 ч/сут. Максимальная освещенность на уровне верхних краев сосудов находилась в пределах 2 - 3 тыс.лк. Температура воды и воздуха в период наращивания корневой системы массы находилась в пределах 15 - 30^oC.

Для определения степени развития корневых систем через каждые 2 мес с растениями проводили эксперимент по осветлению воды, замутненной угольной пылью. Для этого в каждом сосуде устанавливали строго определенный расход воздуха 80 ± 20 см³/мин, обеспечивающий среднюю скорость циркуляции воды около 0,5 см/с. Воду из сосудов сливали и заливали водоугольную суспензию с исходной концентрацией твердой фазы 500 ± 50 мг/дм³. Через 30, 60, 90 и 120 мин после заливки из каждого сосуда отбирали пробу воды и измеряли концентрацию взвешенных частиц фотоэлектрическим методом с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2 по предварительно построенным гранулированным кривым. Одновременно проводился контрольный эксперимент по осветлению суспензии методом простого гравитационного осаждения в емкости без корневых систем. На основании проведенных измерений рассчитывали показатель адгезионной способности (А) корней каждого растения по формуле
A = {(C_к-C3з

Физический смысл показателя А можно определить как долю твердой фазы, адсорбированную корневой системой, от общей массы частиц, остающихся в воде в контрольном варианте.

Данные табл. 1 показывают, что показатель адгезионной способности заявляемых видов растет быстрее и достигает более высоких значений, чем соответствующий показатель растений, используемых в прототипе.

Данные, представленные в табл. 2, также показывают, что заявляемые виды растений способствуют более быстрому снижению концентрации дисперсных примесей, т.е. являются более эффективными, чем виды прототипа.

Пример 2. Растения выращивали по указанной выше методике в стеклянных сосудах вместимостью 1,5 дм³. Для увеличения скорости наращивания корневых систем первые 3 мес культивирование осуществляли на питательной среде, содержащей необходимые количества основных питательных элементов (кальций, калий, магний, азот, фосфор). Каждые 2 мес проводили эксперимент по осветлению мутной воды в соответствии с методикой, описанной в примере 1. В качестве замутнителя использовали тонкодисперсную красную песчанистую глину, предварительно отмятую от крупных фракций. Исходная концентрация твердой фазы составляла 500 ± 50 мг/дм³. Результаты, представленные в табл. 3 и 4 доказывают, что заявляемые виды растений достигают более высоких значений показателя адгезионной способности корневых систем по сравнению с видами прототипа, а также быстрей и эффективней снижают концентрацию взвешенных частиц.

Использование: при очистке бытовых и промышленных сточных вод, в также стоков животноводческих комплексов. Сущность изобретения: воду очищают путем контакта с корневой системой одного из нижеперечисленных видов или любой их совокупности: бальзамин Валлера Impatiens walleriana Hook; инжир (фикус карика) Ficus carica L.; крапива двудомная Urtica dioica L.; пилея Кадиера Pilea cadieri Gagnep et Gill; полынь обыкновенная Artemisia vulgaris L.; рэо разноцветное Rhoeo discolor Nance; сеткреазия пурпурная Setcreasea purpurea Boom; фикус эластичный Ficus elastica Roxb ex Hornem. 4 табл.

Способ биологической очистки сточных вод, включающий их контакт с корневыми системами высших сухопутных растений в проточных условиях, отличающийся тем, что в качестве высших сухопутных растений используют один из перечисленных видов или любую их совокупность: бальзамин Валлера Impatiens walleriana Hook, инжир (фикус карика) Ficus carica L., крапива двудомная Urtica dioica L. , пилея Кадиера Pilea cadieri Gagnep et Gill, полынь обыкновенная Artemisia vulgaris L. , рэо разноцветное Rhoeo discolor Nance, сеткреазия пурпурная Setcreasea purpurea Boom, фикус эластичный Ficus elastica Roxb ex Hornem.