Обоснование очистки и фитоопреснения минерализованных сточных вод в фильтрационно - регенерационных биоплато

В большинстве случаев при значительном опреснении больших объемов морской воды концентрированные растворы солей вместе с антинакипинами и моющими средствами возвращаются в окружающую среду, что крайне опасно для окружающей среды. Прибрежная ихтиофауна и коралловые рифы особенно страдают от сброса концентратов после гиперфильтрации в морскую воду. В частности, Департамент окружающей среды США установил, что огромное количество установок по опреснению морской воды за год нанесло ущерб более чем 3,4 млрд рыб и других организмов морской фауны и нанесло рыбной отрасли страны экономический ущерб, превышающий 212,5 млн $. За короткий промежуток времени опреснительные установки также могут уничтожить около 90% планктона [6].

Наряду с эффективным удалением шлама, органических примесей, биогенных соединений азота и фосфора высшие водные растения также удаляют из воды растворимые соли. Так, при использовании водного гиацинта (Eichornia crassipes) наряду с очисткой сточных вод от органических примесей на биофильтре (биореакторе) наблюдалось удаление хлоридов до 32 %, сульфатов до 43 % [11]. Тростник при урожайности 44 т/га сухого вещества может накапливать до 419 кг/га калия, 408 кг/га хлоридов, 450 кг/га натрия [12]. На биоинженерных сооружениях типа Constructed Wetlands с использованием высших водных растений эффективность очистки от сульфатов достигала 25-30%, а ионов натрия до 10-15% [13].

В то же время в биоплато происходит постепенное коллимирование порового пространства фильтрующей засыпки, межкорневого пространства ВВР и дренирования биопленкой и минерализованными отложениями. Кроме того, происходит постоянное отмирание корней высших водных растений и водорослей, что еще больше засоряет засыпку и дренаж. Эти процессы снижают поступление кислорода и питательных веществ к корневой системе ВВР, что нарушает процессы фотосинтеза, транспирации и фитоочистки воды. Так как такие биоучастки не позволяют удалять осадок, то начинается его накопление и уплотнение в фильтрационной засыпке и межкорневом пространстве.

Как показали опытные данные, извлечение сульфатов находится на высоком уровне до 144 часов работы сооружений биоплато и составляет 0,404-0,837 мг/ч, затем интенсивность поглощения падает до 0,121-0,046 мг/ч. [11]. То же самое наблюдается и при удалении хлоридов. Периодическое отключение объектов на ремонтно-восстановительные работы, связанные с промывкой и регенерацией фильтрующей засыпки и дренажа, требуется для восстановления работы биоплато, создает стрессовые условия для ВВР и негативно влияет на последующие процессы фитоочистки.

Указанные недостатки биоплато отсутствуют при использовании биоплато фильтрационно-регенерационного гидропонного типа (ФРБГТ) [14], которое обеспечивает постоянную промывку фильтрующей засыпки, корневой системы ВВР и дренаж. Промывка и регенерация биоплато осуществляется посредством гидроавтоматического дренажа специального среднего дренажа загрязненных оборотно-промывных вод с фильтрующей засыпки биоплато и последующей их очистки на самопромывном пенополистирольном фильтре. Это позволяет обеспечить самовосстанавливающийся режим работы фитоконструкций биоплато, не создавая стрессовых условий для роста ВВР на биоплато. Благодаря разработанной технологии и конструкции ФРБГТ режим работы биоплато дает возможность, независимо от концентрации загрязнений в исходной воде, цикличности подачи ее очистки, наличия обслуживающего персонала и в любых климатических условиях достигать более высокого качества и стабильности очистка воды с помощью высших водных растений. Таким образом, использование ФРБГТ для комплексной очистки минерализованной воды от загрязнений и солей может быть перспективным в случае непрореагировавшего и безмембранного опреснения воды.

Целью данной работы является анализ очистки воды на биоплато и обоснование возможности применения фильтрационно-регенеративного биоплато гидропонного типа (ФРБГТ) для сопутствующего опреснения минерализованной воды с использованием высших водных растений (ВВР).

Результаты исследования. Для обоснования возможности сопутствующего опреснения минерализованных вод с помощью высших водных растений использована фитотехнология фильтрационно-регенерационного биоплато гидропонного типа, принципиальная схема которого представлена на рисунке.

Результаты исследования. Для обоснования возможности сопутствующего опреснения минерализованных вод с помощью высших водных растений использована фитотехнология фильтрационно-регенерационного биоплато гидропонного типа, принципиальная схема которого представлена на рисунке.

Принципиальная схема фильтрационно-регенерационного биоплато гидропонного типа (ФРГБТ) для комплексной очистки и опреснения минерализованных вод

1-корпус биоплато, 2-верхний дренаж подачи воды на биоплато, 3-верхний слой фильтрующей засыпки, 4-нижний слой фильтрующей засыпки, 5-средний дренаж сбора и отвода оборотно-регенерационной воды, 6-нижний дренаж сбора и отвода очищенной воды, 7-насос оборотно-регенерационной воды, 8-манифольд подачи исходной минерализованной воды на очистку, 9-флотационный реактор-осветлитель, 10-самопромывной пенный фильтр, 11-агрегат гидроавтоматический промывка фильтров, 12-высшие водные растения (ВВР), 13-реагентное хозяйство, 14-дренаж осадка, 15-емкость для накопления промывных вод фильтров

Дополнительная степень опреснения минерализованных (солоноватых) вод по технологии ФРБГТ осуществляется путем очистки воды и попутного извлечения солей из оборотно-регенерационных вод биоплато с применением реагентов и пробиотиков во флотационном реакторе-осветлителе ( 9), а затем в самопромывном пенном фильтре, которые объединяются в единый комплекс водоподготовки [16]. Для очистки и опреснения оборотно-регенерационных вод могут быть использованы коагулянты, гидроксиды металлов, фильтрационные материалы и суспензии природных минералов клиноптилолита, кизельгура, брускетта, туфа, бентонита, торфа [17] и их комбинации. При использовании гидроксохлорида алюминия коагулянтов с алюминатом натрия для очистки минерализованных вод с концентрацией сульфатов 500-700 мг/дм3 степень очистки от сульфатов достигает 83-88% [18]. Гидроксиды магнетита, железа и алюминия, полученные электролизом с использованием металлических анодов, известным как процесс электрокоагуляции, обладают высокими сорбционными свойствами по отношению к растворенным солям. Экспериментальные данные, полученные авторами, показывают, что при электрокоагуляции степень извлечения хлоридов из минерализованной солоноватой воды достигает 13-15%, а сульфатов - 20-31% и более за счет высокой сорбционной способности гидроксидов металлов в момент их образования после ионизация металлических анодов действием электрического тока или внутренний электролиз металлической стружки [19, 20]. Пробиотики [21] и активированные природные суспензии на основе цеолита (клиноптилолита) и других природных минералов или их комплексных смесей [22] дозировано дозируют в исходную воду для интенсификации процессов фотосинтеза в ГАП с обеспечением постоянного прироста зеленой биомассы в биоплато.

Активация природной суспензии цеолита может осуществляться эффективными микроорганизмами-ферментами, пробиотиками и католитом, полученными в катодной зоне мембранной ячейки [19, 20], или комплексной активацией [23]. Активация суспензии обеспечивает более интенсивное накопление цеолитом и другими природными фильтрующими материалами и взвесями биогенных соединений азота и фосфора и стимулирует интенсивный рост корневой системы ББП, что способствует фотосинтезу и иммобилизации солей высшими водными растениями.

Технологическая схема очистки и сопутствующего опреснения минерализованной воды в БРХТБ работает следующим образом. Минерализованная вода через коллектор (8) подается на биоплато (1) и через верхний дренаж (2) равномерно распределяется в верхнем слое водоема. фильтрующая засыпка (3), где находится наиболее активная всасывающая зона корневой системы высших водных растений (12).

Благодаря постоянному контакту высших водных растений с водой, активному массообмену между водой и корневой системой ГАП, фотосинтезу в биоплато сложные биохимические процессы трансформации органических и минеральных примесей, присутствующих в воде, поглощение растворенных солей биомассой растений происходят происходят. Затем вода фильтруется сверху вниз через слои фильтрующей засыпки (3, 4), равномерно собирается через площадь фильтрации нижним дренажем (6) и отводится по назначению.

При протекании воды в слоях фильтрующей засыпки и прикорневой зоне растений биоплиты происходит постоянное скопление пленки.