Этапы очистки сточных вод и требования к очистным сооружениям

Что подразумевается под сточными водами

Сточные воды классифицируют следующим образом:

• хозяйственно-бытовые – поступают из ванн, раковин, унитазов общественных и жилых зданий;
• производственные – образуются при использовании воды в разного рода технологических процессах производства;
• ливневые (дождевые, атмосферные, поверхностные) – образуются на поверхности площадей, крыш, проездов при выпадении атмосферных осадков.

Содержащиеся в стоках загрязнения различают также по физическому состоянию и химическому составу. В них в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях могут находиться минеральные и органические вещества. Посему способы очистки сточных вод  подбирают, исходя из их состояния и состава.

Очистка сточных вод промышленных предприятий

Классификация стоков по степени загрязнения:

1. Наименее загрязненными являются атмосферные осадки, так как их загрязнение происходит при контакте влаги с разными поверхностями.
2. Сточные воды, близкие по составу к атмосферным, образуются при поливе зеленых насаждений, улиц, тушении пожаров и т.д.
3. Наибольшую опасность в плане санитарии представляют хозяйственно-бытовые стоки, содержащие в большом количестве гниющую органику (пищевые отходы, фекалии) и различные болезнетворные бактерии. Они вредны как для человеческого здоровья, так и для окружающей среды, поэтому их слив без предварительной очистки в природные водоемы становится невозможным.

Помимо прочего, стоки некоторых объектов запрещается подключать к системе центральной канализации по причине их несоответствия предъявляемым требованиям.

ЭКСПЕРТИЗА

Экспертиза ПД — это основополагающий фактор обеспечения безопасности возводимых конструкций.

Она бывает государственной и негосударственной. Госэкспертиза проводится в случае выделения на возведение постройки денежных средств из бюджета государства. Проводится на основании Постановления Правительства Российской Федерации от 05.03.2007 No 145 подпункт «г» пункт 13. Негосударственная финансируется за счет средств Заказчика и проводится у аккредитованного юридического лица.

Важно отметить, что негосударственная экспертиза ПД позволяет получить официальный документ – экспертное решение. Этот документ имеет такую же силу, как и заключение государственной экспертизы

Проходит согласно части 11 статьи 49 Градостроительного кодекса Российской Федерации, согласно Положению об организации и проведению негосударственной экспертизы проектной документации и (или) результатов инженерных изысканий, утвержденному Постановлением Правительства Российской Федерации от 31.03.2012 г. № 272.

Экспертиза проектной документации не проводится в случае, если для постройки или реконструкции объекта капстроительства не требуется получение разрешения на постройку.

Виды и строение очистных сооружений

Автономные очистные сооружения устанавливают в частных домах или на дачах. Это самые простые устройства – септики, в которые периодически добавляют бактериальные концентраты, чтобы устранить запах и переработать органику, чтобы впоследствии применять ее для удобрения грунта на участке.

Есть очистные станции, которые принимают стоки со всего поселка или района. Это более крупные сооружения с полноценным набором оборудования. Организовать такую станцию общими усилиями намного дешевле.

Промышленные стоки поступают в отдельные хранилища, где из них удаляют опасные вещества и соединения. Обычно химические отходы стараются не смешивать с бытовыми, так как для них нужны совсем другие технологии и реагенты.

Ливневые сточные воды считаются самыми чистыми из всех, но в канализацию попадает много посторонних предметов, которые нужно отделить и утилизировать – пластиковые бутылки, бумага, полиэтиленовые пакеты, крупные камни и песок.

По строению различают поверхностные и подземные очистные сооружения. Поверхностные станции занимают большие площади, поэтому их размещают за городом или поселком. В обслуживании такие объекты удобнее, так как все узлы находятся в зоне досягаемости обслуживающего персонала станции. Минусом является наличие неприятного запаха, но для этого есть специальные технологии, которые позволяют его избежать.

Конструкция станции биологической очистки

Преимущество биологических станций перед септиками заключается в том, что эффект достигается естественным путем без применения химикатов, а степень очистки очень высокая – 98%. Такую жидкость можно спокойно перекачивать в водоемы, и они не нанесут вреда природе.

Система состоит из четырех этапов, каждый из которых важен:

1. Перед поступлением сточных вод проводится предварительная очистка от мусора. Для этого необходимы решетки, задерживающие пластик, картон, одежду. Все это собирается и утилизируется на городской свалке.
2. Попадая в первый резервуар, жидкость отстаивается, крупные частицы оседают на дно. Здесь же происходит переработка органики бактериями, или активным илом. Для размножения микроорганизмов необходимо большое количество кислорода, поэтому его подают снизу дополнительно.
3. После первичного отстойника очищенная жидкость отправляется на доочистку во вторичный резервуар. Там колонии бактерий оседают на дно, откуда утилизируются специальными скребками, которые периодически проходят по дну отстойника.
4. Далее практически чистую жидкость облучают ультрафиолетом или хлорируют в отдельной емкости и отправляют обратно в систему водозабора.

Сооружения поверхностного стока закрытого типа

Предназначены для отделения нефтепродуктов, жира и мусора. Первый этап – грубая очистка. При этом из канализации удаляются синтетические материалы – пластик и другие вещества. Далее применяются реагенты, например, оксид алюминия, в результате смешения с ливневыми стоками образуется нерастворимый осадок, который собирается и утилизируется.

Существуют специальные фильтры, которые улавливают крупные молекулы нефти, удаляют ионы марганца и железа. Самое известное вещество – активированный уголь. Есть более современные методы, дорогие и пока недоступные для большинства очистных сооружений.

Станции поверхностного стока – это часть городских очистных сооружений, которые работают быстрее, так как метод химической очистки позволяет удалить загрязнения в течение короткого времени – менее суток. Применяются такие очистные станции на АЗС, автомобильных мойках, нефтеперерабатывающих комбинатах.

Способы очищения стоков от твердых частиц

У каждого этапа свои функции и различная эффективность.

Процеживание

Цель процедуры – отделить взвешенные, волокнистые, нерастворимые составляющие (до 25 мм). Монтируются задерживающие их приборы.

Процеживание может быть разделено на 2 или даже 3 этапа, чтобы отделить фракции различных размеров.

Отстаивание

Этот этап обязателен в промышленных замкнутых системах, так как позволяет улучшить качество процеженной воды. Принцип работы один – оседание тяжелых примесей (с размером до 0,25 мм) под воздействием силы гравитации.

Чтобы этот способ был максимально эффективным, стоки должны очищаться не менее 1,5-2-х часов. Процесс отстаивания затрудняется, если начинается коагуляция (слипание), меняющая размеры примесей.

Фильтрование

Суть процесса – пропускание загрязненной воды через различные фильтры:

• раздробленный антрацит или керамзит;
• гранитный щебень;
• шлак;
• кварцевый песок;
• сетки.

В результате из стоков удаляются микроскопические частицы, оставшиеся после отстаивания.

Все фильтры можно классифицировать по:

1. характеристикам процесса (непрерывное или периодическое использование);
2. способу создания давления;
3. направлению движения (вниз, в сторону, вверх).

Виды очистных сооружений

Для обезвреживания поверхностных вод перед их сбросом в городскую сеть предназначены отстойники и фильтры. Для сточных используются септики, аэро- и метантенки, биопруды, поля орошения и фильтрации.

Сооружения делятся на разновидности по назначению. У них разнятся объемы очищаемых сточных вод и этапы процесса.

Очистные сооружения канализации

Под канализационными понимают комбинацию бытовых и производственных стоков, поступающих на очистные сооружения города по раздельной канализационной системе. Сточные бытовые воды в чистом виде – редкость, чаще они содержат соли, нефтепродукты.

Применяются следующих виды очистных сооружений канализации:

• локальные аппараты;
• индивидуальные автономные конструкции;
• блочные системы и модули.

Строительство идет в несколько этапов, исходя из требуемой степени очистки:

1. Механическая обработка снижает содержание взвесей на 40-60%, БПК, определяющего степень загрязненности органикой, – на 20-40 мг/л.
2. Биоочистка – до 15-20 мг/л.
3. Физико-химические методы доочищают сточные воды до норм сброса в водоемы.

Очистные сооружения бытовых сточных вод

Бытовые очистные сооружения предназначены для жилых домов, малых предприятий, турбаз вдали от центральной канализации. В них обрабатываются стоки, содержащие фекалии, остатки пищи, песок, моющие средства – органику, которая поддается биорасщеплению.

Для бытовых стоков используется биосистема очистки, основанная на аэробном процессе в биореакторе. Для поддержания эффективной работы требуется обслуживание очистных сооружений бытовых сточных вод. Оно включает:

• удаление задержанных нерастворимых включений;
• расчет количества ила;
• проверка содержания кислорода;
• контроль работы по химическим показателям;
• проверка исправности элементов.

Очистные сооружения промышленных сточных вод

Жидкость, используемая предприятиями в технологических процессах, должна очищаться до необходимых параметров. Оборудование зависит от характера производства, специфики загрязняющих веществ.

К примеру, ступени очистки для спиртового производства:

• механическая;
• биологическая;
• глубокая;
• УФО плюс выпуск в водоем;
• обезвоживание и утилизация влаги.

Мясопереработка и производство напитков, включая пиво, соки, квас:

• механический метод;
• биоочистка плюс выпуск в коллектор;
• сбор, обезвоживание, утилизация.

Стекольная промышленность:

• механическая очистка;
• физико-химическая;
• биологическая плюс выпуск в горколлектор;
• сбор, обезвоживание, утилизация.

Очистные сооружения ливневых стоков

Дождевая влага чистая, но насыщается вредными веществами с асфальта, травы, крыш. Поэтому требуются очистные сооружения ливневых стоков. Они обеспечивают механическую обработку из следующих этапов:

1. Отстойник.
   Сила тяжести опускает на дно крупные частички.
2. Тонкослойный модуль.
   Маслянистая пленка с водной поверхности собирается на гидрофобных пластинах.
3. Сорбционный волокнистый фильтр.
   Захватывает пропущенное тонкослойным.
4. Коалесцентный модуль.
   Здесь отделяются частички нефтепродуктов от 0,2 мм, оказывающихся наверху.
5. Угольный фильтр доочистки.
   Полностью удаляет нефтепродукты.

Биологическая очистка сточных вод

При этом способе очистки используются определённые микроорганизмы, либо дождевые черви. С их помощью воду очищают от биологических примесей и некоторых минеральных элементов, которые могут стать причиной «цветения водоёмов» (фосфор и азот). Микроорганизмы могут быть аэробными или анаэробными.

Очистка проводится в резервуарах, которые, в зависимости от видов микроорганизмов и способов очистки, называют аэротанки, метантанки, илососы, биофильтры.

При использовании анаэробных методов биологической очистки образуется побочный продукт — метан. Он считается загрязнителем, поэтому, в идеале, должен улавливаться для производства энергии. Образующийся на дне отстойников ил можно использовать как удобрение.

Возможные проблемы

Нормы содержания загрязнений в очищенных стоках хотят приравнять к мировым, а на большинстве предприятий России используется физически устаревшее оборудование.

Очистка по технологиям, разработанным в прошлом веке, не снижает уровень примесей до нужных показателей.

Современное оборудование дорогое. Например, УФ-обеззараживатели установлены только в столице и нескольких крупных городах. В большинстве населенных пунктов оборудование изжило себя настолько, что часто стоки сбрасывают в водоемы без очистки.

Некоторые частные предприниматели не хотят вкладывать средства в постройку очистных сооружений. Они сбрасывают в реки загрязненные воды.

• Выбор неэффективной технологической схемы;
• Отсутствие возможности утилизировать или захоронить мусор, загрязнения, побочные продукты;
• Нехватка денег на электроэнергию, обслуживание и ремонт оборудования, транспортные расходы.

Существующие проблемы можно решить только на законодательном уровне: увеличить штрафы за нарушения, финансировать городские очистные сооружения и контролировать расход денег, поощрять частников вводить новые технологии, предлагая им различные скидки и льготы.

Чаще должны устраиваться честные проверки, которые могут быть спонтанными – без предупреждения.

Механический этап очистки

Технический процесс очищения сточных вод начинается с механического этапа, на котором происходит задержание нерастворимых примесей. Специальный комплекс из нескольких установок очищает водный поток от шлама (загрязнений органического и неорганического происхождения), одновременно подготавливая его к биологической очистке.

Оборудование для механической очистки:

• решётки и сита;
• механические грабли МГ;
• решетки механические унифицированные РМУ;
• дробилки и решетки-дробилки;
• шнековые транспортеры и шнековые прессы;
• песколовки;
• первичные отстойники;
• скребковые и цепные механизмы;
• сетчатые микрофильтры и сетки барабанные с ультрафиолетовыми лампами;

Принцип действия систем очистки, правила их установки и обслуживания

Схема расположения бытовой очистительной системы

Первичная очистка сточных вод производится в септической камере (септике). В ней происходит активное разложение загрязнений органической природы посредством анаэробных бактерий. Следовательно, чтобы поддержать выполнение технологического процесса брожения, нужно исключить доступ свободного воздуха в устройство септика.

Тем не менее, необходимого уровня очистки можно достичь лишь при комбинировании анаэробных и аэробных процессов очистки, то есть при сочетании воздействий содержащих и не содержащих кислород активных элементов.

Анаэробная очистка сточных вод предполагает гидролиз (разложение) сложных органических веществ, к примеру жиров, на простые составляющие.

Эффективность очистки способно повысить применение анаэробного биореактора, который представляет собой наполнитель, выполненный в виде ершей и сот, на которых располагаются анаэробные микроорганизмы.

На следующем этапе обработки, стоки подвергаются аэробной очистке, в ходе которой микроорганизмы в ускоренном темпе разлагают простые соединения на нитраты.

На данном этапе необходим принудительный ввод кислорода для получения нужной концентрации воздуха. Для успешной переработки сточных вод аэробными бактериями естественной аэрации будет недостаточно.

В очистных установках используются биореакторы следующих типов:

• аэротенки;
• биофильтры;
• дренажные поля (фильтрующий дренаж, поля фильтрации).

Опишем способы очистки сточных вод, принцип действия и преимущества биореакторов каждого типа.

Итак:

1. Очистка сточных вод в аэротенке производится за счет интенсивного насыщения вод кислородом. Подача воздуха в аэротенк осуществляется посредством компрессора. Происходит перекачка жидкости между камерами аэротенка с помощью насоса, из-за чего стоки пребывают в постоянном движении. Очистка таким методом весьма эффективна и составляет около 95-98%, а это значит, что слив такой воды можно производить в любой водоем в природе.
2. Схема очистки сточных вод в биофильтре строится на процессе прохода стоков через фильтрующую прослойку-наполнитель, состоящую из твердых частиц (пенопласта, пенополиуретана, пузолана и т.д.). На поверхности прослойки расположена биопленка из колонии бактерий, разлагающая взвешенные органические элементы на нерастворимые и растворимые в воде. Поступление сточных вод в биофильтр должно происходить дозировано, ведь большой напор способен перекрыть доступ воздуха к наполнителю, из-за чего аэробные бактерии могут погибнуть. При очистке воды биофильтром удается избавиться от 90-95% вредных примесей. Биофильтр к тому же требует периодической промывки или замены наполнителя при засорениях илом.
3. Дренажное поле, по сути, является системой подземных каналов, которые выкладывают слоями природного фильтрующего материала. В эти слои вставляются дренажные трубы. На дно канав (непосредственно на почву, хорошо впитывающую влагу) высыпают слой песка толщиной 10 см, а поверх него – 40 см слой щебня, в который и утапливают дренажные трубы. Слой щебня укрывают геотекстильным материалом, обеспечивающим защиту дренажной трубы от слабых морозов и загрязнения верхними слоями земли. При свойственных региону низких температурах должно быть предусмотрено дополнительно утепление канализации.

Следует подробнее остановиться на технике устройства дренажного поля:

• Канавы устраивают минимальной шириной в 50 см и глубиной 120 см.
• В качестве дренажной трубы используют пластиковые изделия диаметром 11 см.
• Глубину канав более 120 см устраивать не стоит, так как аэробные бактерии, которые необходимы для биологической очистки, ниже данной отметки отсутствуют.
• Дренажные сооружения биологической очистки сточных вод должны находиться на удалении от источников питьевой воды не менее чем на 30 м, от соседской изгороди – 3 м, от дома – 3 м, от деревьев – 3 м.
• При неровном рельефе местности фильтрационные поля размещают на возвышенностях, обеспечивая тем самым уход очищенной воды самотеком вниз, и предупреждая ее застаивание.
• Расстояние поля фильтрации до грунтовых вод должно быть минимум 1,5 м. Его измеряют по вертикали между поверхностью слоя грунтовых вод и уровнем дренажа.

Для зданий с числом жителей, не превышающим 25 человек, достаточна установка септика для очистки стоков. Более мощная и массивная очистительная система, помимо септика, должна включать сепаратор жира – технологическую емкость, в которой стоки задерживаются на период в 4 секунды, во время которого происходит очистка сточных бытовых вод от жира.

Классификация стоков

Опасные загрязнения, которые делают воду непригодной для питья и использования в бытовых целях, можно квалифицировать как физические, химические, биологические факторы. Особняком стоит выброс радиоактивных изотопов. Соответственно, классификация загрязнений будет идентична причинам, которые их вызывают:

• Механические факторы. Характеризуются резким увеличением мельчайшей механической взвеси в жидкости.
• Химические. В воде повышено содержание любых химических соединений. При этом не имеет значения, могут ли эти вещества оказывать негативное влияние на здоровье человеческого организма.
• Биологические и бактериологические (бытовые сточные воды). Очень опасный вид загрязнений, так как в этом случае в воде превышено содержание микроорганизмов. В самом начале статьи мы уже говорили, чем это чревато.
• Тепловые загрязнения. Так называется сброс в реки и другие водоемы воды из прудов-охладителей при ТЭЦ и АЭС. Не стоит относиться к этой разновидности легкомысленно, так как подобные явления приводят к массовой гибели эндемиков, приспособленных к низким температурам воды, которые характерны именно для нашей местности.
• Радиоактивные. В воде и донных осадках обнаруживаются радиоактивные изотопы. Такое бывает, когда неисправна система сточных вод на некоторых промышленных предприятиях или АЭС.

ВЫВОДЫ

1. Эксплуатация сооружений биологической очистки сточных вод, работающих по технологии удаления азота и фосфора, требует от эксплуатационных служб знания биохимических процессов, реализуемых в аэротенках.
2. При стабильном несоответствии качественных характеристик очищенной воды проектным значениям необходимо провести детальный технологический аудит очистных сооружений с привлечением независимых специалистов.
3. Правильное определение точек, параметров и графика технологического контроля сооружений биологической очистки сточных вод гарантирует оперативное принятие решений, которые позволят обеспечить стабильное качество очистки сточных вод в реальных условиях эксплуатации.
4. Ежедневный контроль технологических параметров работы сооружений биологической очистки сточных вод и поддержание их на уровне значений, заложенных в проект, позволит эксплуатационным службам обеспечить стабильное качество очищенной воды.
5. Главная задача управления технологическим процессом — поддержание его стабильности и обеспечение проектного качества очистки сточных вод с соблюдением экологических и экономических норм.

См. Харькина О.В., Харькин С.В. Очистка сточных вод от азота и фосфора: оценка корректности предлагаемых технико-коммерческих предложений на строительство (реконструкцию) очистных сооружений // Справочник эколога. 2015. № 10. С. 81–96 (profiz.ru/eco/10_2015/stoki_TKP).

О биологической очистке сточных вод также см.:

– Большаков Н.Ю. Математическое моделирование и внедрение эффективных биотехнологий очистки сточных вод от азота и фосфора на действующих очистных сооружениях канализации // Справочник эколога. 2013. № 7. С. 81–89;

– Харькин С.В. Канализационные очистные сооружения: вопросы эксплуатации, экономики, реконструкции // Справочник эколога. 2013. № 8. С. 87–96 (profiz.ru/eco/8_2013/ochistka_vody_FBAS);

– Куликов Н.И., Куликова Е.Н., Ножевникова А.Н., Приходько Л.Н. Биотехнология очистки городских сточных вод сообществами прикрепленных микроорганизмов (биоценоз анаммокс) // Справочник эколога. 2013. № 9. С. 71–75;

– Харькин С.В. Базовые подходы к разработке технологического регламента эксплуатации канализационных очистных сооружений // Справочник эколога. 2013. № 10. С. 82–96;

– Большаков Н.Ю. Обеспечение эффективного биологического удаления биогенных элементов на городских очистных сооружениях // Справочник эколога. 2014. № 11. С. 92–96;

– Харькина О.В., Харькин С.В. Проблемы эксплуатации сооружений очистки сточных вод и их решения: вспухание и пенообразование активного ила // Справочник эколога. 2015. № 2. С. 85–96 (profiz.ru/eco/2_2015/stoch_ochistka) (прим. редакции).

Харькина О.В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод. Волгоград: Панорама, 2015. 433 с.

Харькина О.В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод. Волгоград: Панорама, 2015. 433 с.