7.5 Очистка загрязненных вод
Единственным долгосрочным залогом надлежащей поставки воды в поселение является тщательный контроль за участки удержания воды, которые засаживаются деревьями, и полный запрет на использование биоцидов и обработки металлов. Поскольку в мире осталось очень мало таких чистых зон, в обозримом будущем необходимо будет довольствоваться резервуарами на крышах домов. 30-40 присадок, которые обычно добавляют в водопроводную воду, часто являются загрязнителями сами по себе, что только усугубляет обстановку для чувствительного современного поколения, которое страдает от аллергий на любой тип современных загрязнителей. Эти присадки представляют собой конечную точку технологического развития: загрязнения "устраняются" новыми загрязнениями.
Именно поэтому я сделаю акцент на биологической очистке общих загрязнителей; только та вода, которая безопасна для нас, может быть безопасной и для других живых существ. На протяжении тысячелетий мы существовали за счет наличия источников воды, содержащих полезные растения и рыбу, и если мы сможем защитить естественные водоемы от сброса фекальных и промышленных загрязнений, мы сможем жить так и дальше. Это не сколько вопрос очистки воды, сколько дело предотвращения загрязнения.
Впрочем, для большинства существующих городов, канализационные стоки и организация ливневой канализации еще долго будут оставаться насущными проблемами процесса утилизации отходов. Поскольку отходы расположенных выше по течению поселений становятся питьевой водой для поселений ниже по течению, мы просто обязаны сбрасывать в окружающую среду только ту воду, которая может быть безопасно использована другими людьми.
Чаще всего основными загрязнителями питьевой воды являются:
МУТНОСТЬ ВОДЫ: взвесь ила и другого мелкого мусора в воде
БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ или ОРГАНИЧЕСКОЕ загрязнение из канализации и продукты распада, например, E. coli, болезнетворные организмы и вирусные или протозойные патогены, яйца паразитических червей и т.д.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ типа хрома, кадмия, свинца, ртути.
БИОЦИДЫ, например, Альдрин; Дильдрин; 2, 4-D; 2, 4, 5-T; диоксин; ПХД и т.д. (органофосфаты, галогенированные углеводороды),
ИЗБЫТКИ УДОБРЕНИЙ, в особенности азотных составов, фосфатов, солей натрия и калия.
КИСЛОТЫ или кислотообразующие составы (уровень pH менее 5.5 повышает загрязнение металлами).
Многие из этих факторов сопровождают друг друга. Кислотный дождь, воздействуя на камни и почву, образует алюминий, ртуть, свинец, кадмий, селен и прочие металлы типа меди, никеля и свинца из резервуаров для питьевой воды, баков для воды и баков для горячей воды. Организмы способны превращать неорганическую ртуть в органическую (что мы могли наблюдать в Минамате, Япония), которые легко поглощаются телом. Стоки в воде облегчают такой процесс преобразования для биологически активных металлов.
Ртутный фунгицид на семенах не только вызвал прямое отравление людей, которые употребляли эти семена в пищу, но также привел к заражению почвы. Избыток искусственных удобрений повышает биологическую активность водных организмов, что приводит к дальнейшему увеличению содержания металлов в кислотных водах и т.д. Что касается биоцидов, Альдрин предотвращает выделение ДДТ; эта комбинация является смертельно опасной (ее можно приобрести в Австралии и странах третьего мира, а фермеры могут получить такой состав за счет регулярного распыления этого вещества. ДДТ – это устойчивый остаточный яд, который отцеживается вместе с водой, поэтому дистиллирование не дает должного результата очистки). Дополнительная угроза для здоровья жителей городов кроется в сотнях миль асбест-содержащих труб в рамках систем муниципальных водопроводов; вода с содержанием частиц асбеста может вызвать рак желудка и мочевого пузыря.
РИСУНОК 7.31
УНИТАЗЫ СО СМЫВОМ ИЗ РАКОВИНЫ
В раковинах используется практически столько же воды, сколько нужно для смыва в туалетах. Таким образом, фактически можно предотвратить дополнительный расход чистой воды для смыва. Накопительный бачок может содержать объем воды, достаточный для нескольких смывов, а также содержать трубку перелива, чтобы излишки воды поступали сразу в чашу унитаза.
Сульфаты железа и алюминия, соль и известняки в воде способствуют флоккулированию мелких частиц и выпадению их в виде ила. В Англии, при повышении уровня pH во время кислотных дождей, и, в общем-то, при любом кислотном дожде, алюминий вступает в реакцию с кислотой и может связывать атомы свинца и кадмия в растительных и животных белках, в особенности при варке их в воде или на пару. Даже при добавлении соли для снижения такого негативного воздействия отмечается содержание металлов выше 30 мг/л, что выше допустимого предела для людей с больными почками. Готовка может повысить содержание металлов в воде в 5 раз ввиду связывания белков, и, кроме того, сделает такие соединения легко усваиваемыми в организме. Готовка содержащих кислоты веществ в алюминиевой посуде может усугубить данную ситуацию. Алюминий, поступающий из кислотных дождей, в настоящее время считается одной из ключевых причин гибели деревьев и озер. Использовать сульфат железа несколько безопасней, особенно при условии, что вода изначально была щелочной в разумных пределах. Очевидно, что эти последствия требуют детального изучения, а любой использование неорганических или металлических солей требует весьма осторожного использования.
ТИПИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
АЭРАЦИЯ (насыщение кислородом) под действием ветра, механическая аэрация или аэрация за счет повышения турбулентности потока. Аэрация также обеспечивается при помощи капельных колонн и растительности, фитопланктона или инъекций воздуха.
ОСАЖДЕНИЕ: распределение потока в непроточных прудах или руслах для выпадения осадков, фильтрации воды или флокуллирования примесей.
СБОР ОТХОДОВ С ПОВЕРХНОСТИ или ПРОСЕИВАНИЕ для удаления крупных органических частиц.
ФИЛЬТРАЦИЯ при помощи песчаных подушек или колонн из угольных фильтров, фильтрация через почву, корни водных растений.
КОАГУЛИРОВАНИЕ или ФЛОККУЛИРОВАНИЕ с использованием химических присадок (известняк, соль, сульфаты железа) или органических (бактериологических) гелей.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ УДАЛЕНИЕ с использованием бактерий, фитопланктона и более высоких растений.
РЕГУЛИРОВАНИЕ УРОВНЯ pH за счет добавления кальция (в качестве известняков) или серы, если необходимо.
Фильтрация
Классическим и широко используемым фильтром является песок. В Британии и многих городах используют песчаные фильтры с последующим хлорированием для очистки выпавших и очищенных осадков сточной воды. Фильтрация путем медленного протока через слой песка толщиной 1,2 метра (4 фута) (верхняя половина – мелкий песок, нижняя половина – крупнозернистый песок) используется для очистки воды даже во временных сельских поселениях. В городах используются фиксированные песчаные подушки с основанием из кирпичей. Верхний слой 1 см (0,5 дюйма) регулярно снимается, высушивается или пропекается для удаления органических частиц до последующего возвращения песка.
Активированный уголь, зачастую из костей или растений типа ивы или кокосовой скорлупы, также часто используется как тонкий фильтр для домашнего хозяйства и в тех местах, где качество очистки играет решающую роль. Фильтры из пористых камней используются в устройствах очистки и охлаждения воды для поставки охлажденной воды в дома.
Капельные фильтры через колонны песка и графия фактически обеспечивают питанием проживающие в них бактерии, которые удаляют излишки питательных веществ. В менее загрязненных средах подобная же задача выполняется пресноводными двустворчатыми ракушками.
Углерод играет решающую роль в удалении азота или в его преобразовании бактериями в общий состав C5H7NO2 и обычно добавляется как карбогидрат, который может быть предоставлен жидкостью, например, метанолом, этанолом или уксусными кислотами, многие или все из которых получают из остатков растений. Это чем-то напоминает "добавление небольшого количества вина в воду", чтобы заставить бактерии работать. Излишки азота выводятся бактериями в воздух. Если не заставлять бактерии работать, нитраты спокойно перемещаются через нижние слои почвы, где не могут жить никакие растения или бактерии, и могут появиться в скважинах и водотоках.
В прудах, которые предназначаются для хранения питьевой воды, незначительная очистка и стабилизация поверхности воды позволяют снизить уровень мутности и, таким образом, содержание водорослей, до минимума. Стабилизация берегов при помощи высадки травы и гнездовых посадок существенно помогает выполнить эту задачу. стабилизаторами поверхности воды в прудах являются водяные лилии, азолла и водяные гиацинты. Стабилизаторами берегов являются подвиды Juncus, Scirpus, разные виды трав и клевера, Phyla nodosa (Lippia) и насаждения бамбука и пампасовой травы.
При условии значительного снижения мутности нагрузка на фильтры также снижается. При помощи известняков можно еще больше понизить мутность воды, если уровень pH равен 6,0 или менее. Для этого нужно лишь поместить в резервуар слой крошеного мрамора или известняков, или поместить в пруд гашеную известь до заполнения водоема и (если необходимо) после этого. Добавление измельченной и даже цельной скорлупы в резервуары с водой дает тот же эффект. Известняк позволяет флоккулировать частицы, которые просто оседают на дно водоема.
Существует несколько методов фильтрации, некоторые или все из которых можно использовать в рамках одной последовательной цепи. Сначала можно использовать капельные фильтры из гальки (2,5-10 см), которые позволяют создать активную поверхность для того, чтобы бактерии могли поглощать питательные вещества, затем идет песчаный фильтр для поглощения бактериального загрязнения. Вода, которая поднимается через столб песка, уже является достаточно чистой.
ВЫХОД ЧИСТОЙ ВОДЫ
МЕЛКИЙ ПЕСОК
КРУПНОЗЕРНИСТЫЙ ПЕСОК
ГРАВИЙ
ГОЛЫШИ И ГАЛЬКА
РИСУНОК 7.32
ПЕСЧАНЫЙ ФИЛЬТР
Базовая схема очистки воды от микробиологического загрязнения; поток идет снизу вверх к поверхности. Поверхностные пески можно промывать или запекать в целях очистки от загрязнений каждые 12-18 месяцев.
Раковины водяных двустворчатых моллюсков можно заменить на гравий, а живые моллюски в пруду или резервуаре не только позволяют контролировать кислотность (умирают при уровне pH 5,5 или около этого уровня), но также и обеспечивают индивидуальную фильтрации бактерий и илистых отложений со скоростью до 100 литров в день. Моллюски и раки не только чувствительны к низкому уровню pH, но также очень чувствительны к биоцидам типа дильдрина, поэтому их можно использовать как живые мониторы для выявления угрожающего для жизни загрязнения.
Вода, теперь уже относительно чистая, может быть пропущена через водоем с водяным крессом для удаления красителей и нитратов, а кресс впоследствии можно срезать и отдавать в корм животным или же высушивать его и сжигать для получения золы. В качестве заключительного этапа воду можно пропустить через колонну (бетонную трубу) активированного угля (10%) и диоксида кремния (90%), который представляет собой остатки сжигания шелухи риса, овса или пшеницы.
В результате мы получим чистую, насыщенную кислородом и безопасную для питья воду. Вам не потребуется использовать никакие механические устройства, если система расположена на склоне и течение воды регулируется только силой гравитации.
Известняк (свеже гашеный) зачастую используется для удаления фосфора и шлама в водоемах первичного осаждения, а затем вода поступает в капельную колонну для удаления аммиака бактериями. В башнях, разумеется, бактерии не поедаются никакими другими организмами, но в открытых лагунах происходит нормальный цикл питания, и большое количество личинок насекомых и фильтраторов пожирают бактерии, а лягушки, рыбы и водоплавающие птицы поедают насекомых. В небольших городах можно пропустить воду через фильтрационные башни и направить ее в лагуны системы канализации, которые фактически могут стать крупными заповедниками для водоплавающих птиц и лесной живности. После этого воду можно использовать для полива растений, например, в леса и на пастбища, а также для сельскохозяйственных культур, которые впоследствии подвергаются дистиллированию или сжиганию, без непосредственного возврата в цепочку питания.
Очистка канализационных стоков при помощи естественных процессов
Необработанные стоки представляют собой смесь питательных веществ, элементов, тяжелых металлов и соединений углерода; они содержат весьма опасные уровни бактерий, вирусов и яиц кишечных паразитов. Типичный анализ приведен в Таблице 7.3. Значения приведены в мг/л; образцы являются показательными для 30% промышленных и 60% бытовых стоков в Верриби, штат Виктория, Австралия (Hussainey, Melbourne Metropolitan Water Board Pubs., 1978).
В Мельбурне проживает 2 700 000 человек, а канализационные лагуны города покрывают порядка 1 500 гектар (3 700 акров). Таким образом, один гектар пруда (в общем) приходится на 1 800 жителей (или приблизительно 1 акт на 820 человек). Необработанные стоки сначала подаются в водоем площадью порядка 724 гектара (1 790 акров) для первичного осаждения. Каждый из этих водоемов первичного осаждения редко превышает 7 гектаров (17 акров) по площади, таким образом, порядка 100 прудов принимают необработанные стоки для очистки от осадков. Если опять выполнить масштабирование, получится 1 гектар (2,5 акра) водоема первичного осаждения на 3 800 человек.
Все эти водоемы первичного осаждения являются анаэробными и отдают биогаз. смесь метана (CH4), диоксида углерода (CO2) и аммиака (NH3) с незначительным содержанием сульфида азота или болотного газа (NO2). Биогаз, разумеется, является полезным топливным газом для двигателей, а также может использоваться для готовки в домашнем хозяйстве. Кроме того, это также газообразный компонент атмосферы, который провоцирует "парниковый эффект" и поэтому не должен ни использоваться, ни сбрасываться в окружающую среду.
Следующий ряд прудов является факультативным (см. описание ниже), а последний тип водоемов – аэробные пруды. В целом они лишь незначительно превышают размеры водоемов осаждения по площади. Большинство из них по площади составляют 7-10 гектар (17-25 акров).
РАЗРЕЗ ТОРЦА
ГАЗ
ГАЗОПРОВОД
ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (С КОМПРЕССОРОМ ДЛЯ ПУЗЫРЬКОВ И ВОДООХЛАДИТЕЛЕМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛА).
ТРУБА ДЛЯ ПОДАЧИ ПУЗЫРЬКОВ (ПУЗЫРЬКО СО СЖАТЫМ БИОГАЗОМ)
РАЗРЕЗ
ПОМЕТ И ИЗМЕЛЬЧЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ОТХОДЫ
ВПУСК
ТРУБА ДЛЯ ПОДАЧИ ПУЗЫРЬКОВ
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ
ВЫПУСК
ТЕПЛОВАЯ ТРУБА
РИСУНОК 7.33
СХЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРУДОВ ОЧИСТКИ СТОКОВ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ НА СЕЛЬХОЗУГОДЬЯ с использованием разных систем производства энергии.
Пруды могут создаваться (как они выполнены и в Верриби) с учетом гравитационного перетока. В первой серии прудов (осаждения) ил создает АНАЭРОБНОЕ состояние. Незначительная часть ила попадает в следующий ряд водоемов, где на дне ил сохраняет свои анаэробные свойства, а на поверхности воды (под воздействием ветров или водорослей) начинает демонстрировать аэробные свойства (производить кислород). В последней серии прудов есть только аэробные водоемы. Таким образом, на пути от подачи воды до полного ее выпуска мы сталкиваемся со следующими понятиями:
АНАЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС, или процесс производства метана (водоемы-дигестеры).
ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ ПРОЦЕСС, или частичное производство метана и частичное производство кислорода.
АЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС, или пруды, в которых производится кислород.
Водоемы в Верриби не более 1 метра (3 футов) глубиной. Если бы водоемы были глубже, разложение ила и аэрация под воздействием ветра были бы значительно менее интенсивными.
Таким образом, на одну тысячу городских жителей и связанных с ними производств требуется всего лишь 270 квадратных метров водоема осаждения глубиной 1 метр. Фактически, мы можем создать такие пруды как один "длинный водоем (или ряд водоемов) шириной 3 метра и длиной 90 метров, или же можно создать 3 расположенных рядом друг с другом водоема размерами 3 метра в ширину и 30 метров в длину, или устроить любую другую комбинацию водоемов такого типа. Мы можем уменьшить длину вдвое за счет увеличения глубины до 2 метров, таким образом, устроить пруд размерами 3 м на 45 м в длину; или же утроить глубину и сократить размер водоема до 3 м в глубину, 3 м в ширину и 30 метров в длину.
Такой длинный и узкий водоем очень легко сделать совершенно анаэробным путем установки водяных затворов и подвешивания крышки сверху (эта крышка может быть выполнена из пластмассы, металла, бутилового каучука или оптоволокна). Обратите внимание, что в случае использования более глубоких дигестеров нам потребуется искусственно шевелить ил (при помощи подачи биогаза для перемешивания нижних слоев), в противном случае ил после осаждения будет оставаться полностью неактивным (Рисунок 7.33).
Ил будет "активным" только при контакте с полу-жидким материалом, который подается из системы канализации; таким образом, чем лучше мы перемешиваем ил, тем выше эффективность выделения биогаза из ила. Еще одним (существенным) преимуществом герметичных и перемешиваемых дигестеров является то, что на поверхности пруда не образуется пены, которая могла бы привести к замедлению процесса разложения и окислению среды внутри водоема.
Из общего количества растворенных твердых частиц (или втекающего материала), которые попадают в такой дигестер, в течение 20 дней при температуре от 25 до 30°C (77-86°F) очень большой процент массы переходит в метан; незначительная часть ее попадает в другие пруды, частично в виде живых клеток (бактерий или водорослей). При образовании метана потребность потока в кислороде падает; при образовании приблизительно одного кубического метра метана удаляется почти 2,89 кг твердых частиц, что снижает биологическое потребление кислорода (БПК) на это количество.
В дигестере происходит разрушение 90-94% яиц червей, равно как и большая часть вредных бактерий. Создается полезная энергия, которая может использоваться для этих же водоемов для привода двигателей генераторов или для сжатия газа, которые будет использоваться на кухнях или для оборудования (или в обоих назначениях, поскольку для них применяются разные требования). Такой двигатель может поставлять тепло для процессов дигестера и сжимать газ для перемешивания ила внутри дигестера, а также использоваться для выработки электроэнергии.
Что происходит в дигестере? Происходит образование болотного газа, сульфид водорода (H2S) взаимодействует со всеми растворимыми формами тяжелых металлов с образованием сульфидов, которые нерастворимы в воде с уровнем pH выше 7. Для достижения такого результата также можно использовать добавление небольшого количества известняков.
ТАБЛИЦА 7.3
АНАЛИЗ НЕОБРАБОТАННЫХ СТОКОВ
АНАЛИЗ |
МГ/Л |
ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ |
|
Всего растворенных твердых частиц |
1 200 (TDS) |
Биологическая потребность в кислороде |
170-570 (БПК) |
Взвешенные частицы |
160-620 |
Летучие жидкости |
180-510 |
Общее количество органического углерода |
110-360 |
Анионные поверхностно-активные вещества |
1,0-3,6 |
ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА |
|
Нитрит как N |
0,05 |
Нитрат как N |
0,1 – 0,3 |
Аммиак как N |
5 – 32 |
Органика N |
7 – 24 |
Всего N |
9 – 56,2 |
Ортофосфат как P |
1,5 – 9,0 |
Всего фосфора |
1,5 – 9,0 |
МЕТАЛЛЫ |
|
Медь |
0,09 – 0,35 |
Хром |
0,25 – 0,4 |
Кадмий |
0,015 |
Железо |
1,6 – 3,3 |
Свинец |
0,3 – 0,4 |
Ртуть |
0,003 |
Никель |
0,15 |
Цинк |
0,4 – 0,8 |
ЦВЕТ |
|
(как единицы Pt/Cp) |
100 – 300 |
pH |
6,9 +/- 2,0 (близкий к нейтральному) |
Из общего объема канализационных стоков порядка 45 – 60 % объема скапливается в качестве ила в водоемах осаждения. |
|
Хуссаини обнаружил, что следующий в анаэробных прудах был получен следующий результат (см. изначальное содержание металлов, Таблица 7.3):
Медь удаляется на 97%, из которых 78% удаляется анаэробным путем.
Кадмий удаляется на 70%, все из которых анаэробно.
Цинк удаляется на 97%, 83% - анаэробно
Никель удаляется на 65%, 47% - анаэробно.
Свинец удаляется на 95%, 90% - анаэробно.
Железо удаляется на 85%, 47% анаэробно. (До 92% железа удалялось во втором ряду резервуаров, но какая-то часть железа снова растворилась в водоеме, где протекают аэробные процессы, что и привело к итоговому показателю 85%.)
В результате было подтверждено, что взвешенные частицы, металлы и болезнетворные организмы практически полностью удаляются во время первого (анаэробного) процесса очистки стоков. Что же, на самом деле, происходит со шламом? Он превращается в метан. В анаэробном неглубоком пруду или более глубоком пруду с системами для перемешивания ила чем больше у вас ила, тем более активным будет водоем. Таким образом, за очень короткое время достигается баланс между подачей жидких материалов на входе и выпуском газа на выходе. Если удалить ил, процесс замедлится или вообще остановится. Это яркий пример того, что нужно оставить природу саму себе. Фактически ил удаляет себя сам, он уже не представляет никакой проблемы, а напротив, дает ресурсы (метан).
В анаэробном водоеме очень мало водорослей, но зато там есть определенные специализированные сероводородные бактерии рода Thiosporallum, Chromatium, и Rhodopseudomonas. Эти бактерии (в открытых прудах) могут быть розового цвета и придавать водоемам соответствующий оттенок. Они используют сульфид водорода как источник водорода для ассимилирования углерода; их побочным продуктом является простая сера (S), которая вступает в соединения с присутствующими металлами. Порядка 1,8 – 2,0 мг/л тяжелых металлов выпадает под видом сульфидов при содержании элементарной серы порядка 1,0 мг/л. Бактерии поддерживают этот процесс.
Теперь перейдем к факультативным водоемам. Мы видим, что здесь уже совсем другие жизненные формы и биохимические процессы. В таких прудах в изобилии присутствуют водоросли; четыре самые универсальные типа водорослей водоемов систем очистки являются Euglena, Chlamydomonas, Chlorella и Scenedesmus. Общая флора водорослей и бактерий (многих видов) называется ФИТОПЛАНКТОНОМ (растительным планктоном).
Бактерии также являются фитопланктоном, бактерии развиваются за счет производства кислорода водорослями. Типичными бактериями в открытых водоемах являются Cyclotella, Pinnularia, Hypnodinium и Rhodomonas. Сероводородные бактерии могут встречаться в иловом слою факультативных водоемов, но их практически или совершенно не будет в аэробных водоемах. Водоросли забирают из воды углерод и отдают бактериям кислород.
Благодаря такому изобилию водорослей также процветает и ЗООПЛАНКТОН: большая часть зоопланктона представлена коловратками (Brachionus, Trichocerca, Haxarthra, Filinia); ветвистоусыми (Daphnia, Moina, Chydorus, Pleuroxus); копеподами (Mesocyclops); и остракодами (Candanocypris, Cypridopsis). Среди них есть протозойные жгутиковые, инфузории и некоторые нематоды. При наличии столь богатой фауны можно ожидать присутствия разнообразных водоплавающих птиц и рыб.
Какая-то часть остающихся металлов потребляется зоопланктоном. В мг/л (сухого веса) они содержат 1 200 железа, 152 цинка, 37 частей меди, 28 хрома, 12,2 никеля, 10,3 свинца, 1,7 кадмия – это практически целое месторождение. Такой зоопланктон и водоросли можно скармливать домашней птице. При транспортировке их в леса или поля они обеспечивают помет и следовые элементы для роста. При интенсивном росте водорослей можно получить плотность таких форм, как Daphnia на уровне порядка 100 мг/л. Такие массы зоопланктона являются саморегулирующейся системой, они питаются продукцией водорослей и в свою очередь могут стать едой для рыб в серии целого ряда следующих водоемов.
ПОДАЧА СТОКОВ КАНАЛИЗАЦИИ
1. ГРУБАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
2. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ТЕПЛО ОТ СОЛНЕЧНОГО ВОДОЕМА ДЛЯ ДИГЕСТОРА
3. ДИГЕСТОР; ГАЗ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ, СЖАТЫЙ ГАЗ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ИЛА
4. ДВИГАТЕЛЬ, КОТОРЫЙ РАБОТАЕТ НА МЕТАНЕ; СЖИМАЕТ ИЗЛИШКИ МЕТАНА.
5. КАНАЛЫ ЛДЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОСЛЕЙ С МОТОРИЗИРОВАННЫМИ МЕШАЛКАМИ
6. УСТАНОВКА ПО ОБРАБОТКЕ ВОДОРОСЛЕЙ.
7-9 АЭРОБНЫЕ ВОДОЕМЫ
10 КАНАЛЫ С ЗАРОСЛЯМИ ТРОСТНИКА ДЛЯ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ
АНАЭРОБНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
5-10 ДНЕЙ
ГАЗ
ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ (ВОДОРОСЛЕВЫЕ) ВОДОЕМЫ
4-6 ДНЕЙ
АЭРОБНЫЕ ВОДОЕМЫ 10-20 ДНЕЙ
ВОДОТОК
РИСУНОК 7.34
ОБРАБОТКА СТОКОВ
А. Идеальная схема для осаждения канализационных стоков; дает газ (энергию), водоросли, рыбу, животных, растения и тщательно очищает воду для выброса в водотоки. См. примечания 1-10 на иллюстрации.
Что касается уровня pH, который варьируется не только в долгосрочной перспективе, но и в рамках 24-часовых циклов, он также повышается от этапа к этапу: уровень pH в анаэробных водоемах – 6,2 – 7,8; в факультативных – 7,5 – 8.2; и в аэробных – 7,5 – 8,5. На участках с обильным содержанием водорослей в ночное время возможно повышение уровня pH.
На аэробном этапе БПК составляет лишь 3-57 мг/л, в основном за счет присутствия азотных соединений в виде взвешенных частиц с плотностью 32-50 мг/л (сейчас в основном водоросли и зоопланктон). Порядка 80% этих соединений были удалены и интегрированы в разные жизненные формы, а содержание металлов опустилось до уровней, рекомендованных Всемирной Организацией Здравоохранения. Вода может использоваться для ирригации или фильтроваться через заросли тростников в водотоки.
Сезонные изменения также сильно выражены. Зимой анаэробные пруды отдают больше сульфида водорода (8-15 мг/л по сравнению с летними 2-5 мг/л), а ветер может более активно повышать содержание кислорода в воде, чем водоросли; кроме того, зимой в атмосферу выбрасывается больше аммиака (NH3).
Летом также происходит окисление отложений до нитратов. Кислород в основном доставляется водорослями, а не ветром, производится меньше сульфида водорода, более высокие диапазоны температур. Зимой (при температуре от 10 до 15°C) разложение замедляется и ил накапливается, но только для того, чтобы летом быть более активно преобразованным при летнем тепле порядка 18-22°C (64 - 72°F). БПК составляет 495 кг/га/день зимой, 1034 кг/га/день летом (при оптимальных условиях для водоемов), демонстрируя практически удвоение интенсивности при повышении температуры. Следовательно, практически в два раза больше метана будет производиться именно летом (или в подогретых дигестерах). Зимой вода из системы охлаждения двигателей, которые работают на метане, может поставляться для подогрева дигестеров в рамках замкнутого контура труб.
В общем, такая простая серия водоемов создает очень полезный поток из стоков с высоким уровнем загрязнений. Впрочем, в этом случае опускаются еще более продвинутые варианты биологической очистки – очистка воды высшими растениями. Как уже указывалось ранее, некоторые рода тростников, осок и плавающих растений могут забрать из воды еще больше металлов и патогенов для человека, но, что пожалуй даже важнее, некоторые растения могут даже разрушать галогенированные (хлор, бром) углеводороды, которые синтезируются как гербициды и пестициды.
В Израиле (New Scientist, 22 февраля 1979 года) сточные воды направляют в длинные каналы-водоемы, в которых работают медленно вращающиеся весельные аэраторы. Глубина прудов составляет 0,5 м или менее. При ярких лучах солнечного света (или под стеклянной крышей) в этих каналах образуются плотные маты из водорослей, которые разрываются за счет добавления сульфата алюминия (загрязнителя!), снимаются, отжимаются, помещаются в центрифугу, высушиваются под действием пара и скармливаются карпам или курицам (хотя я думаю, что карпы могли бы самостоятельно кормиться с водорослей в воде). Белок из водорослей заменяет 50% белка соевых бобов в рационе домашней птицы. Полный процесс очистки путем использования этих методов занимает 4 дня. Вода получается щелочной и несколько анаэробной, а сам процесс требует более интенсивной работы мешалок зимой или в холодные дни. В Голландии стоки сбрасывают в аналогичные каналы, где выращивают тростник или растения как кормовые или промысловые культуры.
Было определено (Ecos 44, Зима 85 года), что искусственная аэрация факультативных прудов имеет самую высокую эффективность при работе с интервалами в два часа через четыре (30% времени). Факуьтативные бактерии работают в двух разных режимах разложения продуктов питания и лучше всего действуют при поставке кислорода после четырех-часового анаэробного периода, выделяя диоксид углерода и, таким образом, снижая объем ила. Кроме того, это позволяет сократить расходы электроэнергии на аэрацию. При добавлении хлорида железа содержание азота упало с 20 мг/л до менее чем 5 мг/л, фосфора с 8,5 мг/л до менее чем 1 мг/л. Этот процесс прозвали разложением AAA (процесс переменного аэробного и анаэробного разложения.
Таким образом, перемешивание в анаэробных системах за счет подачи газа метана и процесс AAA в факультативных водоемах может использоваться для получения полезного объема метана и высоко-белковых водорослей из стоков. Что же касается аэробных водоемов, такие высшие растения как водяные гиацинты позволяют удалять остатки металлов, излишки питательных веществ и группу бацилл coli (New Scientist, 4 октября 1979 года. стр. 29). Микроволновое излучение также может эффективно использоваться для разрезания водорослевых матов и стерилизации водорослей с удалением токсических алюминиевых солей.
Что касается температур, солнечные пруды, которые используются вместе с компактными анаэробными водоемами, могут использоваться для подачи низкопотенциального тепла, необходимого для эффективного разложения ила, а метан будет использоваться для привода любых двигателей, необходимых для аэрации и сжатия газа для перемешивания ила в водоеме. Вся система обработки может быть очень компактной, а на уровне аэробного водоема проток воды может направляться в системы выращивания лесов для топки и горючего, на орошаемые газоны (как в Верриби) или через капельную ирригацию на сельхозугодья в засушливых регионах.
Окончательная очистка, которая сейчас используется в Голландии и рекомендуется учеными в институте Макса Планка в Швейцарии, может представлять собой извилистый изолированный канал с зарослями тростника и прочих плавающих водных растений.
Воды, загрязненные металлами, биоцидами или стоками могут очищаться путем выпуска особей Scirpus, Typha и Juncus через заросли тростника; или путем сбора плавающих растений типа водяных гиацинтов. Тростники и камыши можно регулярно скашивать и использовать для мульчи или целлюлозы. В случае неочищенных стоков требуется время удержания 10-12 дней или переток воды через ряд лабиринтообразных каналов с гравийными фильтрами с плавающими водорослями и тростниками. Для плавательных бассейнов и менее загрязненных систем для удаления мочи и листьев достаточно перекачки воды через папоротники, тростник и водяной кресс. В таких водоемах требуется разместить слой крупного речного гравия толщиной 23-30 см (9-12 дюймов), установить впускную трубу в нижней части водоема и предусмотреть средства для удаления листьев.
Мы рекомендуем использовать следующие виды:
Phragmites communis и spp., Typha spp.: они вызывают флоккулирование коллоидов, подсушивают ил, удаляют патогены.
Schoenoplectus spp.: Забирает из воды медь, кобальт, никель, марганец; выделяет плесеневые антибиотики.
Scirpus spp.: Разрушает фенолы, включая токсичный пентахлорфенол.
После очистки воды указанными выше растениями в воде практически не обнаруживается популяций E. coli, колиподобных бактерий, сальмонеллы и энтерококков. Также полностью удаляются вирусы и яйца паразитов.
1. ПЕСЧАНЫЙ ФИЛЬТР (2 М. В ГЛУБИНУ) ИЗ РЕЗЕРВУАРА ОСАЖДЕНИЯ
2. ТРОСТНИКИ И ПРЕСНОВОДНЫЕ МОЛЛЮСКИ
3. УДЕРЖИВАЮЩИЙ БАК С ОСНОВАНИЕМ ИЗ ИЗВЕСТНЯКОВ
4. ДОМАШНЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, С:
5. ДИГЕСТЕР ИЛИ СЕПТИК (10-20 ДНЕЙ)
6. ЗАТЕМ К
6. ПРУД ПАРНИКА С ВОДЯНЫМИ ГИАЦИНТАМИ (ГИАЦИНТЫ В ДИГЕСТЕР)
7. НАКОНЕЦ ДЛЯ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ САДА
8. СКВАЖИНА К ВОДОЕМУ С ПОДАЧЕЙ ПРИ ПОМОЩИ НАСОСА НА ВЕТРЯНОЙ МЕЛЬНИЦЕ.
РИСУНОК 7.35
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГРЯЗНЕННОЙ ВОДЫ.
От 1-9 включает песчаный фильтр; камышовый канал; резервуар осаждения (бак); использование в доме; септик; использование в парнике и саду; возврат в песчаный фильтр при помощи насоса.
Также высокую эффективность удаления патогенов проявляют (хотя эти виды должны тестироваться и проверяться на конкретные проблемы): Alisma plantago-aquatica, Mentha aquatic, Juncus effuses, Schoenoplectus lacustris, Spartina spp., Iris pseudocorus.
Что касается хлорированных углеводородов, используйте типы тростника с большими клетками сердцевины (Aerenchyma), например, Juncus spp., в особенности Juncus effuses; Schoenoplectus spp.
Juncus удаляют составы цианидов, тиоцианаты и фенолы за очень короткое время (более 7 часов).
Все системы требуют тщательного ухода и мониторинга в полевых условиях. Вода может протекать через гравийное основание, засаженное очищающими воду видами, или же подаваться в специальные отстойники и проходить через лагуны и рвы.
В рамках домохозяйств насаждения окопников представляют собой оптимальное решение для поглощения фекалий животных, где на дворе или в загонах есть вода для мытья. Окопник может выдерживать подачу больших объемов необработанных фекалий в виде раствора, а плоды растений можно использовать для фуража или закапывать в виде "моментального компоста" под другие виды растений, например, под картофель. В проточных системах для производства метана из фекальных масс извлекается очень мало питательных веществ для растений, а пруды с окопником или водорослями работают с осадками, в то время как производят полезные побочные продукты для компоста или на корм домашнему скоту.
Вода из канализационных лагун безопасно использовалась в питье животных Верриби на протяжении 35 лет, а в Хеджерстауне (штат Мэриленд, США), сточные воды, которые сбрасывались на выбранные участки для выращивания низкоствольных тополей, (в качестве древесной щепы) обеспечивали до 60% потребности города в энергии. Очевидно, вода, сэкономленная за счет снижения площадей лужаек в городах, может возместить остающийся недостаток, а также обеспечить продуктами питания любой город.
ТОПЛИВНЫЙ ЛЕС
ОТХОДЫ ОТ ЛЕСА
ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ
ГАЗ
ДОМ ИЛИ ФЕРМА
НАВОЗ
ПАРНИК СО СТЕКЛЯННЫМИ СТЕНКАМИ
СПИРТОВОЙ ФЕРМЕНТ
ДИСТИЛЛЯЦИЯ
ОТХОДЫ
ХРАНЕНИЕ СПИРТА
ДИГЕСТЕР
КАНАЛИЗАЦИЯ
ВОДЯНЫЕ СОРНЯКИ
ОТХОДЫ
СЕЛЬХОЗУГОДЬЯ
РИСУНОК 7.36
СХЕМА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ПРУДОВ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ НА СЕЛЬХОЗУГОДИЯ
Интегрирование "сточной" воды и сельхозугодий или остатков навоза является намного более эффективной и чистой системой генерирования энергии, чем привычные системы сжигания твердых отходов.
ФРУКТОВЫЕ ДЕРЕВЬЯ
ВЕРХНИЙ СЛОЙ ПОЧВЫ
ПОЧВА
50-80 СМ
КРУПНОЗЕРНИСТЫЙ ГРАВИЙ
18 СМ ДРЕНАЖНЫЙ ЖЕЛОБ НА 2 КИРПИЧАХ ЧЕРЕЗ КАЖДЫЕ МЕТР-ПОЛТОРА
РИСУНОК 7.37
ЯМЫ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ СЕПТИКОВ
Разработаны в Южной Австралии как система "Дерево". Расположенный на опорах дренажный желоб, который никогда не будет засорен корнями деревьев, позволяет деревьям выкачивать сточную воду из траншеи под ним.
РИСУНОК 7.38
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПЛАВАТЕЛЬНЫЕ БАССЕЙНЫ
Вода, закачиваемая через гравий в основании, очищается на площадке с тростником, насыщается кислородом за счет формы потока и очищается от листвы. Исключает образование канцерогенного хлороформа, который характерен для внутренних бассейнов, которые очищаются с использованием хлора. Важно обеспечить медленный потока через тростники, а также провести тесты на наличие бактерии E. Coli
ПЕНОУДАЛИТЕЛЬ