Если будем продолжать возводить традиционные очистные сооружения, разоримся!

Одно из больших экологических проблем городов и поселков являются канализационные очистные сооружения (КОС). Любой населенный пункт без них обойтись не может, однако, строительство или реконструкция их стоит больших средств. Как существенно сократить их стоимость, эксплуатационные расходы, не ухудшив эффективность и надежность их работы? Это мотивация отвечает научно – техническому прогрессу. Для этого подробно рассмотрим, какие есть лучшие биологические очистные сооружения и построение технологической схемы их очистки.

Технологические задачи по очистки бытовых и производственных сточных вод:

1. 
   - уменьшение количества взвешенных веществ в очищаемых сточных водах;
   
2. 
   – снижение величин БПК, ХПК и содержания ПАВ, фосфора и азота;
   
3. 
   – насыщения очищенных сточных вод кислородом при спуске их в водоемы рыбохозяйственного значения. [1]
   

«Производственные сточные воды промышленных предприятий и бы­товые сточные воды г. Зеленограда поступают на сооружения механи­ческой очистки (решетки, песколовки, первичные отстойники), биоло­гической очистки (аэротенки, вторичные отстойники) и доочистки (ба­рабанные сетки, двухслойные фильтры, хлораторная установка и быст­роток-аэратор).

После биологической очистки в воде содержится до 20 мг/л взве­шенных веществ и до 15 - 20 мг/л органических загрязнений по БПК_полн, а после доочистки в воде остается около 1,5 мг/л взвешен­ных веществ и 2 мг/л органических загрязнений по БПК_полн. Доочистка была вызвана необходимостью удаления из сточных вод остаточных загрязнений, представляющих опасность для рыбоводческих хозяйств, расположенных на маловодной р. Сходне ниже сброса» [1].

«Следует подчеркнуть, что ряд органических соединений не подвергаются биохимическому разрушению в следствии токсическому действию на микроорганизмы. Отдельные органические соединения распадаются, но продукты распада не окисляются до углекислого газа и воды. Иногда биохимический распад не возможен из – за высокой концентрации загрязнений в сточных водах, оказывающей токсическое влияние на микроорганизмы или требующих очень большого разбавления» [2].

1 — главная насосная станция; 2 — труба Вентури; 3 — песколовка; 4 — первичный отстойник- 5 — аэротенк; 6 — вторичный отстойник; 7 — барабанные сетки; 8 — фильтры; 9 — контактный бассейн; 10 — быстроток-аэратор; 11 — дробилка; 12 —песковые площадки; 13 — насосная станция сырого осадка; 14 — регенератор; 15 — илоуплотнитель; 16 — здание воздуходувок; 17 — хлораторная; 18 — насосная станция промывки фильтров; 19 — регулирующий резервуар; 20 — газгольдеры; 21 — метанотенки; 22 — резервуар промывания осадка; 23 — резервуар технического водопровода; 24 — уплотни­тель промытого осадка; 25 — известковое хозяйство; 26 — реагентное хозяйство; 27 — подготовка осадка; 28 — вакуум-фильтр

Эти очистные сооружения выполнены в прошлом веке. Какова тенденция в проектировании современных биологических очистных сооружений? Данные очистные сооружения проектируют много фирм, более 120 на просторах СНГ: НПХ «Инекс – Сочи», ГК «Экополимер», НПФ «ЭКОТОН» и др. на этом рынке услуг. Остановимся на этих, более известных негосударственных фирмах СНГ.

ГК «Экополимер» специализируется, в основном, на реконструкции действующих биологических очистных сооружений большой производительности, связанных с аэрационными системами.

НПХ «Инекс – Сочи» успешно предлагает биологические очистные сооружения типа «Ерш» от 10 м³/сут до 70 000 м³/сут. Особенностью технологической схемы биологической очистки для данной фирмы является биофильтры (синтетические водоросли типа «Ёрш»), оборудование для механической очистки (фильтрующие сетки УФС производительностью от 3 до 200 м³/ч), оборудование по обезвоживанию осадка сточных вод (иловые фильтры, ленточный фильтр – пресс типа «ФПЛ», барабанный сгуститель типа «БС», барабанный фильтр типа «БФ»).

Отличительной особенностью установок биологической очистки типа «Ёрш» ППХ «Инекс – Сочи» считают:

2. Совмещение аэротенка и отстойника по­зволяет уменьшить общий объем

4. За счет увеличения количества инертного носителя - биомассы свы­ше 30% от общего объема аэрационной части аэротенка-отстойника, можно интенсифицировать процесс очистки сточной воды, т.е. при необ­ходимости увеличить производительность установки.

5. В обычном аэротенке при прекращении поступления сточной воды на длительное время (авария на КНС, отключение электроэнергии и т.д.) происходит самоокисление активного ила, что сильно усложняет после­дующий пуск аэротенка в работу. В аналогичной ситуации аэротенк-отстойник, благодаря затопленному во­досливу, частично опорожняется и примерно треть загрузки оказывается на воздухе, таким образом, активная биомасса сохраняется. При возоб­новлении поступления стоков аэротенк-отстойник в короткий срок выходит на технологический режим.

6.Конструктивные особенности зоны отстаивания аэротенка-отстой­ника позволяют исключить скаплива­ние избыточного активного ила и его загнивания, а также уменьшить объем сооружения.

7. В технологическом процессе предусматривается обработка собираемого осадка в аэробном стабилизаторе с последующим его обезвоживанием на иловом фильтре производства НПХ «ИНЕКС-Сочи». Обезвоженный осадок упаковывается в специальные мешки, удобные для дальнейшей транспортировки и хранения».

Надо отметить, что технологические принципы НПХ «Инекс – Сочи» не лишены существенных недостатков.

По пункту 1. Фильтрующие сетки задерживают только крупные частицы с размерами больше 2 мм. С этим не спорим. А где могут задержаться частицы с размерами от 80 до 2000 мкм? В аэротенке? Зачем эта дополнительная технологическая нагрузка на активный ил? Не проще ли эту проблему решить в отстойнике? Допускаем, что данное «новшество» возможно лишь для малых биологических очистных сооружений с производительностью до 70 м³/сут., а с большей нагрузкой будут проблемы…

По пункту 2. Идея совмещения вторичного отстойника с аэротенком принадлежит не НПХ «ИНЕКСУ», а над этой темой работала давно и создано много конструкций этого типа, см. рис. 1 [3].

Рис.1 . - Аэротенки-отстойники с механической системой аэрации:

Главной технологической задачей аэротенка или аэротенка – отстойника состоит в снижении БПК₂₀ очищаемых стоков до 15 мг/л, при биологической скорости окисления равной 45 мг/л∙час.

Рис. 2. - Аэротенки-отстойники (аэроакселераторы) с пневматической системой аэра­ции (США)

По пункту 3. Фирменная разработка «синтетические водоросли», т.е. биофильтры, в дальнейшей эксплуатации получили существенный отрицательный результат у ученых - экологов: на этих фильтрах очень хорошо развиваются черви нематода, размером около

2 мм.

Справка. Nematoda; греч. nema, nematos нить Нематоды — это класс круглых червей, объединяющий раздельнополые организмы с округлым в сечении, веретеновидным или нитевидным несегментированным телом, покрытым кутикулой; включает свободноживущие и многочисленные паразитические виды, в т. ч. возбудителей нематодозов человека.

Нематоды вызвали массовое заражение рыбы и ее гибель…. Установлено, что данные черви биологически опасные: зараженная рыба гибнет, и это явление может быть легко перейти на человека, т.к. они живут в мягких тканях тела человека, включая и головной мозг. Не знаю как в других регионах, но в г. Санкт – Петербурге от «синтетических водорослей» отказались, по информации профессора Б. Г. Мишукова, кафедра водоотведения и экологии ЛИСИ.

По пункту 7. В данном новшестве видно рациональное зерно уменьшение площади иловых площадок, но строительство иловой площадки менее затратное, чем создавать здание для этой установки, а потом как хранить эти мешки – в помещении или на открытых площадках? Потом как эти мешки перемещать? В ручную не погрузишь – они тяжелые. Значить надо подъемные средства для погрузки и выгрузки. Для этого нужно иметь дополнительные погрузочно-разгрузочное оборудование. Это дополнительные затраты. Не факт, что во время транспортировки из них не будет выходить фильтрат в транспортное средство – сплошная антисанитария.

Как видно из технологической информации, в своих проектах НПХ «ИНЕКС-Сочи» аэрируемые системы «Экополимер» не применяют – это общий недостаток предлагаемых проектов.

После аэротенков необходимы, в любом случае, вторичные отстойники для сбора вымываемого активного ила. Емкость рабочей зоны отстойника рассчитываются на время седиментации не менее 2 часов.

К недостаткам работы очистных сооружений является «перегрузка первичных отстойников и повышенному выносу взвешенных веществ в аэротенки, что также сказывается на физиологической состояние активного ила». [4,стр. 251]

Специфическим режимом работы аэротенка – биологических очистных сооружений является «вспухание активного ила», т.е. состояние активного ила с его иловым индексом «400 – 600 см³/г и, как следствие, выноса активного или из очистных сооружений». [4] Какая причина вспухания?

Причина состоит в «… при недостатке растворенного кислорода в иловой смеси, высоких концентрациях в сточной воде легкоокисляемых веществ, в первую очередь углеводородов, н6едостатке азота и фосфора, наличии сульфидов и органических кислот, низких значений рН, резких изменениях нагрузок на ил». [4] состоит в следующемворенного кислорода в иловой смеси, ие активного ила"стойников и повышенному выносу взвешенных веществ в аэр

Канализационные очистные сооружения регулярно подвергаются залповыми сбросами, как со стороны городской канализации, так и со стороны промышленной. Этому способствуют регулирование подачи питьевой воды по часам – нередкое явление в городах. Залповые сбросы как по количеству стоках, так и по его качественному составу с колебанием ХПК от 800 до 3000мг/л. Это вызывает нарушение кислородного режима очистных сооружений, изменением содержание водородных ионов, массовым развитием нитчатых микроорганизмов, увеличением илового индекса и выносом активного или из очистных сооружений.

Таблица 1. Требования к составу и свойствам сточных вод предприятий для безопасного их отведения канализационной сетью от разных источников

№№ п/п	Показатели качества сточных вод	Допустимы величины
		По [5]	По [6]
1 2 3 4 5 6 7	Температура БПК20 Взвешенные вещества Нефть, нефтепродукты Жиры Концентрированные маточные и кубовые растворы ХПК не должно превышать 1,5БПКполн	8°C≤ t ≤ 30°C Не более 500 мг/л Не более 500 мг/л 0,7 – 4, 4 мг/л - отсутствие	t ≤ 40°C Не более 350 мг/л Не более 500 мг/л Не более 20 мг/л Не более 50 мг/л отсутствие

В Правилах [5] п.14 особо отмечено, что для эффективной работы городских очистных сооружений содержание биогенных элементов (азота и фосфора) в смеси со сточными водами должно быть не менее 5 мг/л азота и 1 мг/л фосфора на каждые 100 мг/л БПК₂₀.

Из опыта эксплуатации биологических очистных сооружений наиболее часто нормы не выполняются по БПК, ХПК, биогенным элементам N и P, а также СПАВам.

Фосфор может быть переведен в нерастворимые соединения и выведен при флотации и фильтрации. «При обработке реагентами сточных вод образова­ние нерастворимых соединений фосфора может быть достигнуто при практически любом уровне содержания органических веществ, т.е. на любой ступени очистки сточных вод». [7]

«Современная наука доказала, что ограничения по нитратам является бессмысленным, т.к. нитраты не только не вредны, они просто необходимы для организма: 25-50% организм синтезирует из получаемой пищи, в зависимости от того, сколько он получает из других источников (например, вода – 15-22%, овощи – 50-75%, мясные продукты – 6-10%).»[8]

Из опыта эксплуатации биологических очистных сооружений, на наш взгляд, её классическая технологическая схема будет следующая: решетка – песколовка – первичный отстойник – аэротенк – вторичный отстойник – выпуск очищаемых стоков. Под «аэротенком» мы имеем в виду аэротенк – отстойник, аэротенк – смеситель, т.к. качество очистки в этой конструкции выше, связанной с автоматическим возвратом активного ила. После «аэротенка» для задержания активного ила необходимы все же вторичный отстойник, т.к. экономии на уменьшения объема строительно-монтажных работ с внедрением аэротенка – отстойника нет, а даже наоборот. К этой схеме надо добавить технологическую схему сбора извлекаемых примесей и их обезвоживания, хранение: бумагу, песок, осадок, шлам, активный ил. Отметим, сколько времени необходимо для очистки бытовых стоков: первичный отстойник – (1,5 – 2) часа, аэротенк – (8 – 12) часов, вторичный отстойник – 2 часа, итого (11,5 – 16) часов, в зависимости от качества очищаемых стоков и использованной методики расчета.

Общие выводы, которые делает Н.С. Горбань, на основании литературных источников и собственных исследований по канализационным очистным сооружений городов, сводятся к следующим пунктам:

«• качество очищенных сточных вод не соответствует нормативным требованиям, предъявляемых к водам, поступающих в водные объекты;

• для интенсификации работы очистных сооружений необходимо предусматривать в случае нестабильности сточных вод по количеству и составу – усреднение, для ряда категорий сточных вод – строительство локальных очистных сооружений, увеличение концентрации активного ила за счет иммобилизации его на носителе и повышение зольности путем добавления реагентов;

• принятию решения о способах интенсификации работы действующих очистных сооружений должно предшествовать тщательное изучение процесса очистки по всей системы очистных сооружений».

Мотивацией для разработки новой концепции очистки стоков является:

1. 
   существенное удешевление стоимости очистных сооружений;
   
2. 
   отмена ограничений на сброс всех стоков, за исключением залповых, маточных и кубовых растворов;
   
3. 
   использования очищенных канализационных сточных вод для вторичного использования для пожарно-технических целей, полива зеленых насаждений, питьевых нужд и т.д.
   

Рассмотрим подробно по технологическим элементам данную схему, т.к. на каждый элемент технологической схемы, в основном, мы имеем возможность что предложить и усовершенствовать. В данной технологической схеме отсутствует важная ее часть – узел обезвоживания и утилизации осадка, но это решение является индивидуальным в зависимости от производительности очистных сооружений и производственных условий. Есть готовые решения, которые надо использовать по экономическому обоснованию.

В составе очистных сооружений следует предусматривать решетки с прозорами не более 16 мм, со стержнями прямоугольной формы или решетки-дробилки. Скорость движения сточных вод в прозорах решеток при максимальном притоке следует принимать в прозорах механизированных решеток 0,8-1 м/с, в прозорах решеток-дробилок - 1,2 м/с. [9]

Производством НПФ «ЭКОТОН» г. Харьков налажен выпуск типовых решеток РКЭ грабельного типа (01), РСК ступенчатого типа (02), РМБШ барабанного типа (03), рис 5 .

Аналогичные решетки на производительность от 3 м³/час до 200 м³/час с прозорами

2 мм выпускаются НПХ «Индекс – Сочи» типа УФС (0 -1 – 2 3), рис. 4.

Рис. 4.- Решетки типа УФС НПХ «Индекс – Сочи»

Рис. 5.- Решетки НПФ «Экотон»

Решетки подбираются, в основном, по пропускной способности, степени автоматизации их работы, надежности, себестоимости.

Песколовки

Песколовки необходимо предусматривать при производительности очистных сооружений свыше 100 м³/сут. Число песколовок или отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими.[9]

Тип песколовки (горизонтальная, тангенциальная, аэрируемая) необходимо выбирать с учетом производительности очистных сооружении, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т. п. [9]
Для примера рассмотрим песколовку радиального типа с круговым движения воды, которые разработаны в зависимости от пропускной способности от 1400 до 70000 м³/сутки и разделены на 8 типов. Осадок из песколовок удаляется гидроэлеватора, шнеком или другими способами. Время пребывания воды в песколовки рассчитывается на 3 – 4 мин. Минимальная допустимая скорость движения вод 0,15 м/с. Песколовки изготовляются диаметром от 2 до 18 м, высота песколовок составляет 1/4 - 2/3 их диаметра. Для сползания песка стенки конуса изготовляются под углом не менее 55° к горизонту, рис.6.



Рис. 6. - Схема горизонтальной пе­сколовки с круговым движением воды конструкции Союзводоканалпроекта: 1 - подводящий лоток; 2 - отводящий лоток; 3- трубопровод рабочей жид­кости к гидроэлеватору; 4 - деревян­ный настил; 5 - гидроэлеватор; 6 - пульпопровод; 7 -разделительная пе­регородка.
Предлагаются и прямоугольные песколовки на время отстоя около 3 минуты (Умвельттехник ГМБХ). Мы предлагаем использовать нетиповые установки, максимально отвечающие техническим условиям с минимальными стоимостными и эксплуатационными характеристиками, а также не исключаем применение типовых песколовок из известных технических решений (если это имеет экономическое обоснование).