Система регулирования качества коллекторно-дренажных вод

 

Изобретение относится к охране водных объектов от поступления биогенных веществ, пестицидов, тяжелых металлов, содержащихся в возвратных водах оросительных систем, с целью последующего их использования для орошения. Система регулирования качества коллекторно-дренажных вод содержит аванкамеру, блок физико-химического регулирования, блок биохимического регулирования в виде траншеи с высшей водной растительностью и фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, водосливы-аэраторы, накопитель очищенных коллекторно-дренажных вод, блок кондиционирования очищенной воды и технологический узел для внесения химических мелиорантов. Блок кондиционирования посредством водосливов-аэраторов с одной стороны сопряжен с блоком биохимического регулирования, а с другой - с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод. Система позволяет создавать замкнутые системы водопользования в мелиорации, экономить водные ресурсы, получать экологически чистую сельскохозяйственную продукцию и предотвратить загрязнение водных экосистем. 3 ил.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к охране водных объектов от поступления биогенных веществ, пестицидов, тяжелых металлов, содержащихся в возвратных водах оросительных и осушительных систем, с целью последующего их использования для орошения.

Известна система очистки воды (авт. св. СССР N 1074836, МКИ C 02 F 3/32), содержащая водоохранную полосу с наклонными стенками, выполненную в виде последовательно расположенных трех зон биофильтрации, засаженных водной растительностью разных видов, избирательно поглощающих загрязняющие вещества.

Недостатком известной системы является недостаточная эффективность и качество очистки при переменных расходе и степени загрязнения возвратных вод.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устьевое водоохранное сооружение (патент N 2060970, РФ, C 02 F 3/32, 1995), содержащее аванкамеру, блок физико-химического и блок биохимического регулирования, выполненного в виде траншеи с водосливами-аэраторами, сообщающими его с одной стороны с блоком физико-химического регулирования, а с другой - с водоприемником. Блок биохимического регулирования снабжен фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна в которых уменьшается по направлению движения воды. Плотина покрыта слоем грунта с произрастающими на нем растениями. Сооружение снабжено также трубопроводом в виде двух ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенными сквозь водосливы-аэраторы под блоком биохимического регулирования.

Недостатком этого сооружения является то, что коллекторно-дренажные воды, очищенные с его помощью от биогенных веществ, пестицидов, тяжелых металлов до норм, позволяющих сбрасывать их в водоисточники или использовать их в дальнейшем для других целей, не обладают качествами, необходимыми для воды, идущей непосредственно после сооружения на орошение сельскохозяйственных культур. Для безопасного их использования в этом направлении необходимо окончательное регулирование pH воды, соотношения Na/Ca, Mg/Ca, содержания карбоната и бикарбоната натрия, т.е. кондиционирования воды, а при необходимости и добавление в оросительную воду полезных растениям добавок - удобрений, микроэлементов, стимуляторов роста и т.д.

Устранить указанный недостаток позволяет блочно-модульная система регулирования качества коллекторно-дренажных вод, включающая аванкамеру, блок физико-химического регулирования, блок биохимического регулирования в виде траншеи с высшей водной растительностью (гидромакрофитами), с водосливами-аэраторами, снабженный фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна которых уменьшается по направлению движения воды, а плотина снабжена слоем грунта с травами. Кроме того, сооружение снабжено сбросным трубопроводом в виде нескольких ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенными сквозь водосливы-аэраторы и соединяющими блок физико-химического регулирования с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод. Система снабжена блоком кондиционирования очищенной воды и технологическим узлом для внесения химмелиорантов, при этом блок кондиционирования посредством водосливов-аэраторов сопряжен с одной стороны с блоком биохимического регулирования, а с другой - с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод.

Сооружение имеет линейное расположение, обусловленное размещением его в коллекторе (дрене) или параллельно ему. Основные элементы расположены последовательно по течению воды.

На фиг. 1, 2 изображена блочно-модульная система регулирования качества коллекторно-дренажных вод; на фиг. 3 - схема технологического узла химической мелиорации воды.

Блочно-модульная система регулирования качества коллекторно-дренажных вод 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 посредством водослива-аэратора 4 с блоком 5 физико-химического регулирования качества воды, который выполнен в виде траншеи 6 с вертикальными бетонными стенками, земляным дном и откосной стенкой со стороны аванкамеры 1. Блок 7 биохимического регулирования качества сопряжен с блоком 5 посредством водослива-аэратора 4 и представляет собой траншею с вертикальными бетонными стенками, земляным дном со слоем ила, на котором произрастают гидромакрофиты. В блоке 7 расположена фильтрационно-переливная плотина 8, которая делит блок на две секции 9 и 10, при этом отметка дна понижается по направлению движения воды. Фильтрационно-переливную плотину выполняют с дренажной призмой из крупнообломочного грунта, защищенного несколькими слоями обратного фильтра. Гребень и низовой откос плотины покрывают грунтом, на котором произрастают травы, а верховой откос со стороны секции 9, как и дно секции, покрыты илом с произрастающими на нем гидромакрофитами. Блок 7 посредством водослива-аэратора с другой стороны сопряжен с блоком кондиционирования воды 11. Блок кондиционирования воды 11 посредством водослива-аэратора 4 сопряжен с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод 12. Под блоками 7 и 11 проложены ветви сбросного трубопровода 13, снабженного выходными патрубками и задвижками 14, проходящего сквозь водосливы-аэраторы и сообщающего блок физико-химического регулирования с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод 12.

Приготовление, дозировку химических мелиорантов и подачу их в блок кондиционирования осуществляют в технологическом узле 15 (фиг.2), который включает емкость с химическими мелиорантами 16, трубопровод 17 с задвижкой 14, дозатор 18.

Предлагаемая система регулирования качества коллекторно-дренажных вод работает следующим образом: В блоках 5 и 7 системы коллекторно-дренажные воды очищаются от биогенных веществ - соединений азота, фосфора, пестицидов, СПАВ, фенолов, нефтепродуктов и тяжелых металлов при переменном расходе и различной степени загрязнения до норм, позволяющих в дальнейшем использовать эту воду для орошения, реареации и других целей. Очистка воды может осуществляться в трех режимах: в режиме биофильтрации, в режиме биофильтрации и перелива и в режиме сброса.

Коллекторно-дренажные воды, проходя из открытого коллектора 3, оставляют на сороудерживающей решетке 2 плавающие механические включения и попадают в аванкамеру 1, а затем в блок 5 физико-химического регулирования качества воды. За счет падения скорости воды в блоке 5 по сравнению с коллектором 3 происходит оседание наносов и взвещенных веществ. Блок 5 работает как отстойник. При этом изменяется pH воды, уменьшается БПК₂₀ (БПК₅), ХПК. На входном водосливе-аэраторе 4 происходит аэрирование переливающегося верхнего осветленного слоя воды, что способствует дальнейшему уменьшению БПК₂₀ (БПК₅), ХПК и изменению pH.

В двухсекционном блоке 7 - блоке биохимического регулирования качества воды с фильтрационно-переливной плотиной 8 осуществляются процессы деструкции, элиминации, накопления, сорбции, осаждения, ионного обмена, нитрификации, азотфиксации, 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 населения на твердых, рыхлоуложеных субстратах фильтрационно-переливной плотины анаэробных микроорганизмов. Кроме того, расположенный на гребне и низовом откосе фильтрационно-переливной плотины 8 растительный грунт с произрастающими на нем травами при переливе воды через гребень служат естественным геохимическим барьером для многих химических веществ.

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

При большом расходе и высокой степени загрязнения коллекторно-дренажные воды переливаются из блока 5 через водослив-аэратор 4 в блок 7 и очищаются фильтрацией сквозь фильтрационно-переливную плотину 8 и поступают переливом через гребень плотины с произрастающими на нем травами в секцию 10, а из нее через водослив-аэратор 4 в блок 11.

При меньшем расходе вода в блоке 7 очищается только фильтрацией сквозь фильтрационно-переливную плотину 8 из секции 9 в секцию 10. При малом расходе и низкой степени загрязнения вода, минуя блок 7, по проложенному под ним трубопроводу 13 из блока 5 поступает сразу в блок 11, где осуществляют доведение очищенной воды до кондиции оросительной воды. Для этого отбирают пробы очищенной воды после блока 5, определяют ее pH, содержание ионов натрия, магния, кальция, карбонат и гидрокарбонат-ионов. По этим значениям рассчитывают соотношения Na/Ca, Mg/Ca и [(CO₃ + HCO₃) - (Ca + Mg)] и в соответствии с расчетами в узле 15 готовят раствор химических мелиорантов в необходимой концентрации и добавляют в очищенную воду в блоке 11.

Внесение кальциевой селитры (Ca(No₃)₂ • 4H₂O) в количестве 0,8 г/л позволяет снизить pH с 8,1 до 7,9, изменить соотношения Na/Ca от 1,1 до 0,4 и Mg/Ca от 1,3 до 0,5, что позволяет перевести дренажную воду из класса опасной для орошения в класс неопасной и предотвратить развитие процессов натриевого и магниевого осолонцевания почв. Добавление в дренажную воду гипса (CaSO₄ • 2H₂O) в количестве 1,0 г/л позволяет снизить pH с 8,13 до 8,0; соотношения Na/Ca от 1,1 до 0,5 и Mg/Ca от 1,3 до 0,6, что также позволяет перевести дренажную воду в класс неопасной для орошения. Химический мелиорант из емкости 16 по трубопроводу 17 с помощью дозатора подается в необходимых количествах в блок 11. Кондиционированную таким образом воду из аккумулирующей емкости направляют непосредственно на орошение сельскохозяйственных культур.

Принцип модульного построения сооружения позволяет использовать известные методы и технологии внесения микроэлементов и удобрений.

Предлагаемая система регулирования качества коллекторно-дренажных вод позволяет создавать замкнутые системы водопользования в мелиорации, экономить водные ресурсы, получать экологически чистую сельскохозяйственную продукцию и предотвратить загрязнение водных экосистем.

Формула изобретения

Система регулирования качества коллекторно-дренажных вод, включающая аванкамеру, блок физико-химического регулирования, блок биохимического регулирования в виде траншеи с высшей водной растительностью и фильтрационно-переливной плотиной, разделяющей его на две секции, отметка дна которых выполнена уменьшающейся по направлению движения воды, и имеющей слой грунта с травами, водосливы-аэраторы, и сбросный трубопровод в виде нескольких ветвей с выходными патрубками и задвижками, проложенный сквозь водосливы-аэраторы и соединяющий блок физико-химического регулирования с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод, отличающаяся тем, что она снабжена блоком кондиционирования очищенной воды и технологическим узлом для внесения химических мелиораторов, при этом блок кондиционирования посредством водосливов-аэраторов с одной стороны сопряжен с блоком биохимического регулирования, а с другой - с накопителем очищенных коллекторно-дренажных вод.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3