Сегодня речь в очередной раз пойдет на тему близкую каждому из нас без исключений.
Большинство людей, нажимая на кнопку унитаза не задумываются, что происходит с тем, что они смывают. Утекло и утекло, делов то. В таком большом городе как Москва в день в канализационную систему утекает не много ни мало четыре миллиона кубометров сточных вод. Это примерно столько же, сколько протекает воды в Москва-реке за день напротив Кремля. Весь этот огромный объем сточной воды нужно очищать и задача это весьма непростая.
В Москве действует две крупнейшие станции очистки сточных вод, примерно одинакового размера. Каждая из них очищает половину того, что "производит" Москва. Про Курьяновскую станцию я уже подробно рассказывал. Сегодня я расскажу про Люберецкую станцию - мы вновь пробежимся по основным этапам очистки воды, но еще и затронем одну весьма важную тему - как на станциях очистки борются с неприятными запахами с помощью низкотемпературной плазмы и отходов парфюмерной промышленности и почему эта проблема вообще стала актуальна как никогда.
Для начала немного истории. Впервые канализация "пришла" в район современных Люберец в начале ХХ века. Тогда были созданы Люберецкие поля орошения, на которых сточные воды, еще по старой технологии просачивались через землю и тем самым очищались. Со временем эта технология стала неприемлема для все возрастающего количества сточных вод и в 1963 году была построена новая станция очистки - Люберецкая. Чуть позже была построена еще одна станция - Новолюберецкая, фактически граничащая с первой и использующая часть ее инфраструктуры. По сути сейчас это одна большая станция очистки, но состоящая из двух частей - старой и новой.
Взглянем на карту - слева, на западе - старая часть станции, справа, на востоке - новая:
Площадь станции - огромная, по прямой из угла в угол около двух километров.
Как не сложно догадаться - от станции идет запах. Раньше он мало кого волновал, а сейчас эта проблема стала актуальна по двум основным причинам:
1)Когда станция была построена, в 60х, вокруг нее практически никто не жил. Рядом был небольшой поселок, где жили сами работники станции. Тогда эта местность была далеко-далеко от Москвы. Сейчас же идет очень активная застройка. Станцию фактически со всех сторон окружают новостройки и будет их еще больше. Новые дома строят даже на бывших иловых площадках станции (поля, на которые свозился ил оставшийся от переработки сточных вод). В результате жители близлежащих домов вынуждены периодически нюхать "канализационные" запахи, ну и естественно они постоянно жалуются.
2)Канализационные воды стали более концентрированные чем раньше, в советские времена. Произошло это из-за того, что объем используемой воды за последнее время сильно сократился, в то время как в туалет ходить меньше не стали, а даже наоборот - население выросло. Причин того, что "разбавляющей" воды стало намного меньше довольно много:
а)использование счетчиков - воду стали экономнее использовать;
б)использование более современной сантехники - все реже можно встретить текущий кран или унитаз;
в)использование более экономной бытовой техники - стиральные машины, посудомоечные машины и т.п.;
г)закрытие огромного количества промышленных предприятий, которые потребляли очень много воды - АЗЛК, ЗИЛ, Серп и Молот(частично) и т.п.
Как результат - если станция при строительстве рассчитывалась на объем 800 литров воды на человека в сутки, то сейчас реально этот показатель не больше 200. Повышение концентрации и снижение потока привело к ряду побочных эффектов - в канализационных трубах рассчитанных на больший поток стал откладываться осадок, приводящий к неприятным запахам. На самой станции стало больше пахнуть.
Для борьбы с запахом Мосводоканал, в ведении которого находятся очистные сооружения проводит поэтапную реконструкцию сооружений, применяя несколько разных способов избавления от запахов, про которые и пойдет рассказ ниже.
Давайте пойдем по порядку, а точнее по току воды. Сточная вода из Москвы поступает на станцию по Люберецкому канализационному каналу, представляющему собой огромный подземный коллектор заполненный сточными водами. Канал самотечный и почти на всем протяжении идет на очень малой глубине, а порой вообще фактически над землей. Его масштаб можно оценить с крыши административного здания очистных сооружений:
Ширина канала - около 15 метров(разделен на три части), высота - 3 метра.
На станции канал приходит в так называемую приемную камеру, откуда разделяется на два потока - часть идет на старую часть станции, часть на новую. Приемная камера выглядит так:
Сам канал приходит справа-сзади, а разделенный на две части поток уходит по зеленым каналам на заднем плане, каждый из которых может перекрываться так называемым шибером - специальным затвором (на фото - темные конструкции). Тут можно заметить первое нововведение для борьбы с запахами. Приемная камера полностью накрыта листами металла. Раньше она выглядела как "бассейн" заполненный фекальными водами, теперь же их не видно, естественно сплошное металлическое покрытие практически полностью перекрывает запах.
Для технологических целей был оставлен лишь совсем небольшой лючок, приподняв который можно насладиться всем букетом запахов.
Эти огромные шиберы позволяют перекрывать каналы идущие от приемной камеры в случае необходимости.
От приемной камеры идет два канала. Они тоже еще совсем недавно были открытыми, теперь же их полностью накрыли металлическим перекрытием.
Под перекрытием скапливаются газы, выделяющиеся из сточных вод. Главным образом это метан и сероводород - оба газа взрывоопасны при высоких концентрациях, поэтому пространство под перекрытием нужно обязательно вентилировать, но тут возникает следующая проблема - если просто поставить вентилятор, то весь смысл перекрытия просто пропадет - запах попадет наружу. Поэтому для решения проблемы МКБ "Горизонт" разработало и изготовило специальную установку для очистки воздуха. Установка находится в отдельной будочке и к ней идет вентиляционная труба от канала.
Данная установка - экспериментальная, для отработки технологии. В ближайшее время такие установки начнут массово ставить на очистных сооружениях и на канализационно-насосных станциях, которых в Москве более 150 штук и от которых тоже исходят неприятные запахи. Справа на фото - один из разработчиков и испытателей установки - Александр Позиновкий.
Принцип действия установки следующий:
в четыре вертикальные трубы из нержавеющей стали снизу подается загрязненный воздух. В этих же трубах находятся электроды, на которые несколько сот раз в секунду подается высокое напряжение(десятки тысяч вольт), в результате чего возникают разряды и низкотемпературная плазма. При взаимодействии с ней большинство пахнущих газов переходят в жидкое состояние и оседают на стенках труб. По стенам труб постоянно стекает тонкий слой воды, с которым эти вещества смешиваются. Вода циркулирует по кругу, резервуар для воды - синяя емкость справа, снизу на фото. Очищенный воздух выходит сверху из нержавеющих труб и просто выпускается в атмосферу.
Для патриотов - установка полностью разработана и создана в России, за исключением стабилизатора питания(снизу в шкафу на фото). Высоковольтная часть установки:
Так как установка экспериментальная - в ней имеется дополнительное измерительное оборудование - газоанализатор и осциллограф.
Осциллограф показывает напряжение на конденсаторах. Во время каждого разряда конденсаторы разряжаются и на осциллограмме хорошо виден процесс их заряда.
К газоанализатору идет две трубки - одна забирает воздух до установки, другая после. Кроме того есть краник, который позволяет выбрать ту трубку, которая подключается к датчику газоанализатора. Александр демонстрирует нам сначала "грязный" воздух. Содержание сероводорода - 10.3 мг/м3. После переключения крана - содержание падает практически до нуля: 0.0-0.1.
Далее подводящий канал упирается в специальную распределительную камеру(также накрытую металлом), где поток разделяется на 12 частей и идет далее в так называемое здание решеток, которое видно на заднем плане. Там сточная вода проходит самый первый этап очистки - удаление крупного мусора. Как не сложно догадаться из названия - для этого ее пропускают через специальные решетки с размером ячейки около 5-6 мм.
Каждый из каналов также перекрывается отдельным шибером. Вообще говоря, на станции их огромное количество - торчат тут и там
После очистки от крупного мусора вода попадает в песколовки, которые, как опять же не сложно догадаться из названия предназначены для удаления мелких твердых частиц. Принцип работы песколовок довольно прост - по сути это длинный прямоугольный резервуар, в котором вода движется с определенной скоростью, в результате песок просто успевает осесть. Также туда подается воздух, который способствует процессу. Снизу песок удаляется с помощью специальных механизмов.
Как часто бывает в технике - идея простая, а исполнение - сложное. Так и тут - визуально это самая "навороченная" конструкция на пути очистки воды.
Песколовки облюбовали чайки. Вообще чаек на Люберецкой станции оказалось очень много, но именно на песколовках их было больше всего.
Увеличил фотографию уже дома и посмеялся с их вида - забавные птички. Называются чайки озерные. Нет, темная голова у них не потому что они постоянно окунают ее туда, куда не надо, просто такая конструктивная особенность
Скоро им впрочем придется нелегко - многие открытые водные поверхности на станции будут накрыты.
Вернемся к технике. На фото - дно песколовки (не работающей в данный момент). Именно туда оседает песок и оттуда же и удаляется.
После песколовок вода снова поступает в общий канал.
Тут можно увидеть, как выглядели все каналы на станции, до того как их начали накрывать. Этот канал прямо сейчас накрывается.
Каркас варят из нержавейки, как и большинство металлических конструкций в канализации. Дело в том, что в канализации очень агрессивная среда - вода полная всяких веществ, 100% влажность, газы способствующие коррозии. Обычное железо очень быстро превращается в труху в таких условиях.
Работы ведутся прямо над действующим каналом - так как это один из двух основных каналов, то отключить его нельзя (москвичи ждать не будут:)).
На фото небольшой перепад уровня, около 50 сантиметров. Дно в этом месте сделано специальной формы, для гашения горизонтальной скорости воды. Как результат - очень активное бурление.
После песколовок вода поступает на первичные отстойники. На фото - на переднем плане камера, в которую поступает вода, из нее она попадает в центральную часть отстойника на заднем плане.
Классический отстойник выглядит так:
А без воды - так:
Грязная вода поступает из отверстия в центре отстойника и попадает в общий объем. В самом отстойнике взвесь содержащаяся в грязной воде постепенно оседает на дно, по которому постоянно перемещается илосгребатель, закрепленный на ферме, вращающейся по кругу. Скребок сгребает осадок в специальный кольцевой лоток, а из него, в свою очередь он попадает в круглый приямок, откуда откачивается по трубе специальными насосами. Излишки воды утекают в канал проложенный по кругу отстойника и оттуда в трубу.
Первичные отстойники - еще один источник неприятных запахов на станции, т.к. в них находится фактически грязная (очищенная только от твердых примесей) канализационная вода. Для того чтобы избавится от запаха Москводоканал решил накрыть отстойники, но тут встала большая проблема. Диаметр отстойника составляет 54 метра(!). Фото с человеком для масштаба:
При этом если делать крышу, то она должна во-первых выдерживать снеговую нагрузку зимой, во-вторых иметь только одну опору по центру - над самим отстойником опоры делать нельзя, т.к. там постоянно вращается ферма. В результате было принято элегантное решение - сделать перекрытие плавающим.
Перекрытие собрано из плавающих блоков из нержавеющей стали. Причем внешнее кольцо блоков закреплено неподвижно, а внутренняя часть вращается наплаву, вместе с фермой.
Такое решение оказалось очень удачным, т.к. во-первых отпадает проблема со снеговой нагрузкой, а во вторых не образуется объема воздуха, который пришлось бы вентилировать и дополнительно очищать.
По утверждениям Мосводоканала данная конструкция снизила выбросы пахнущих газов на 97%.
Данный отстойник был первым и экспериментальным, где была отработана данная технология. Эксперимент признан успешным и сейчас на Курьяновской станции уже накрывают подобным образом другие отстойники. Со временем все первичные отстойники будут накрыты подобным образом.
Однако, процесс реконструкции длительный - отключить всю станцию сразу невозможно, реконструировать отстойники можно только друг за другом, отключая по очереди. Да и деньги нужны немалые. Поэтому, пока не все отстойники накрыты применяют третий по счету способ борьбы с запахами - распыление нейтрализующих веществ.
Вокруг первичных отстойников были установлены специальные распылители, которые создают облако веществ нейтрализующих запахи. Сами вещества пахнут не сказать чтобы очень приятно или неприятно, но довольно специфично, впрочем их задача не замаскировать запах, а нейтрализовать его. К сожалению не запомнил конкретных веществ, которые применяются, но как сказали на станции - это отходы парфюмерной промышленности Франции.
Для распыления используются специальные форсунки, которые создают частицы диаметром 5-10 микрон. Давление в трубах если не ошибаюсь 6-8 атмосфер.
После первичных отстойников вода поступает в аэротэнки - длинные бетонные резервуары. В них подается огромное количество воздуха по трубам, а также содержится активный ил - основа всего метода биологической . Активный ил перерабатывает "отходы", при этом быстро размножается. Процесс аналогичен тому, что происходит в природе в водоемах, однако протекает во много раз быстрее из-за теплой воды, большого количества воздуха и ила.
Воздух подается из главного машинного зала, в котором установлены турбовоздуходувки. Три башенки над зданием - воздухозаборники. Процесс подачи воздуха требует огромного количества электричества, при этом прекращение подачи воздуха приводит к катастрофическим последствиям, т.к. активный ил очень быстро погибает, а его восстановление может занять месяцы(!).
Аэротэнки, как ни странно особо не источают сильных неприятных запахов, поэтому их накрывать не планируется.
На этой фотографии видно как грязная вода поступает в аэротэнк(темная) и смешивается с активным илом (коричневый).
Часть сооружений в настоящее время отключено и законсервировано, по причинам о которых я писал в начале поста - снижение потока воды в последние годы.
После аэротэнков вода попадает во вторичные отстойники. Конструктивно они полностью повторяют первичные. Их назначение - отделить активный ил от уже очищенной воды.
Законсервированные вторичные отстойники.
Вторичные отстойники не пахнут - по сути тут уже чистая вода.
Вода собираемая в кольцевой лоток отстойника утекает в трубу. Часть воды проходит дополнительное УФ обеззараживание и сливается в речку Пехорку, часть же воды по подземному каналу идет до Москва-реки.
Осевший же активный ил используется для получения метана, который потом хранится в полуподземных резервуарах - метантэнках и используется на собственной ТЭЦ.
Отработавший ил отправляется на иловые площадки в подмосковье, где его дополнительно обезвоживают и либо захоранивают, либо сжигают.
Современная экология, увы, оставляет желать лучшего – все загрязнения биологического, химического, механического, органического происхождения рано или поздно проникают в почву, водоемы. Запасы «здоровой» чистой воды с каждым годом становятся все меньше, в чем играет определенную роль постоянное использование бытовой химии, активное развитие производств. В стоках содержится огромное количество токсичных примесей, удаление которых должно быть комплексным, многоуровневым.
Для водоочистки используются разные методы – выбор оптимального осуществляется с учетом типа загрязнений, желаемых результатов, имеющихся возможностей.
Самый простой вариант – . Она направлена на выведение нерастворимых компонентов, которые загрязняют воду – это жиры, твердые включения. Сначала стоки проходят через решетки, потом сита и попадают в резервуары-отстойники. Мелкие компоненты осаждают песколовки, нефтепродукты – бензомаслоуловители, жироловки.
Более совершенный способ очистки – мембранный. Он гарантирует максимально точное удаление загрязнений. предполагает применение соответствующих организмов, которые окисляют органические включения. В снове методики лежит естественная очистка водоемов и рек за счет их населения полезной микрофлорой, удаляющей фосфор, азот и другие лишние примеси. Биологический метод очистки может быть анаэробным и аэробным. Для аэробной нужны бактерии, жизнедеятельность которых невозможна без кислорода – устанавливаются биофильтры, аэротенки, заполненные активным илом. Степень очистки, эффективность выше, чем для биофильтром очистки стоков. Анаэробная очистка доступа кислорода не требует.
Предполагает применение электролиза, коагуляции, а также осаждение фосфора металлическими солями. Дезинфекцию проводят путем ультрафиолетового облучения, обработкой хлором, озонированием. Дезинфекция ультрафиолетовым облучением – намного более безопасный и эффективный метод, чем хлорирование, поскольку он проводится без образования токсичных веществ. УФ-излучение губительно для всех организмов, поэтому уничтожает всех опасных возбудителей. Хлорирование основывается на способности активного хлора воздействовать на микроорганизмы и уничтожать их. Существенный недостаток метода – образование хлорсодержащих токсинов, канцерогенных веществ.
Озонирование предполагает обеззараживание сточных вод озоном. Озон – это газ с трехатомной молекулярной структурой, сильный окислитель, который убивает бактерии. Методика дорогая, применяется с выделением кетонов, альдегидов.
Термическая утилизация оптимально подходит для обработки технологических сточных вод, если другие методики не эффективны. На современных очистных комплексах сточные воды проходят многосоставную поэтапную очистку.
Очистные сооружения сточных вод: требования к системам очистки, виды очистных сооружений
Всегда рекомендована первичная механическая очистка, затем биологическая обработка, доочистка и дезинфекция стоков.
- Для проведения механической очистки применяются стержни, решетки, песколовки, усреднители, отстойники, септики, гидроциклоны, центрифуги, флотационные установки, дегазаторы.
- Илосос – специальное приспособление для очистки воды активным илом. Другие составляющие системы биоочистки – биокоагуляторы, илососы, аэротенки, фильтры, вторичные отстойники, илоотделители, поля фильтрации, биологические пруды.
- В рамках доочистки используется нейтрализация, фильтрация стоков.
- Дезинфекция, обеззараживание производятся хлором, электролизом.
Что подразумевается под сточными водами?
Сточные воды представляют собой загрязненные производственными отходами водные массы, для удаления которых с площадей населенных пунктов, предприятий промышленности применяются соответствующие канализационные системы. Также к стокам относятся воды, образовавшиеся в результате выпадения осадков. Органические включения начинают массово гнить, что вызывает ухудшение состояния водоемов, воздуха, приводит к массовому распространению бактериальной флоры. Важными задачами водоочистки по этой причине является организация водоотвода, очистка стоков, предотвращение нанесения активного вреда экологии, здоровью людей.
Показатели степени очистки
Уровень загрязнения стоков рассчитывать нужно с учетом показателя концентрации примесей, выражающейся как масса на единицу объема (г/м3 или мг/л). Стоки бытового типа – однообразная в отношении состава формула, концентрация загрязняющих веществ зависит от расходуемого объема водных масс, а также нормативов потребления.
Степени и типы загрязнения бытовых стоков:
- нерастворимые, в них образуются крупные взвеси, одна частица не может быть больше 0.1 мм в диаметре;
- суспензии, эмульсии, пены, размеры частичек которых могут составлять от 0.1 мкм до 0.1 мм;
- коллоиды – размеры частиц в диапазоне 1 нм-0.1 мкм;
- растворимые с молекулярно-дисперсными частицами, размеры которых составляют не более 1 нм.
Также загрязнители делятся на органические, минеральные, биологические. Минеральные – это шлаки, глина, песок, соли, щелочи, кислоты, пр. Органика – растительная или животная, а именно остатки растений, овощей, плодов, растительные масла, бумага, фекалии, частички тканей, клейковина. Биологические примеси – микроорганизмы, грибки, бактерии, водоросли.
Примерные пропорции загрязняющих веществ в бытовых стоках:
- минеральные – 42%;
- органические – 58%;
- взвеси – 20%;
- коллоидные примеси – 10%;
- растворяемые вещества – 50%.
Состав промышленных стоков, уровень их загрязнения – показатели, которые варьируются с учетом характера конкретного производства, условий использования стоков в технологическом процессе.
На атмосферные стоки влияют климат, рельеф территории, характер застроек, тип покрытия дорожного полотна.
Принцип действия систем очистки, правила их установки и обслуживания. Требования к системам очистки
Водоочистные сооружения должны обеспечивать заданные эпидемические и радиационные показатели, иметь сбалансированный химический состав. Вода после попадания на сооружения водоочистки проходит комплексное биологическое, механическое очищение. Для удаления мусора стоки пропускают через решетку со стержнями. Очистка является автоматической, также каждый час операторы проверяют качество удаления загрязнений. Есть самоочищающиеся новые решетки, но стоят они дороже.
Для осветления задействуются осветлители, фильтры, отстойники. В отстойниках, осветлителях вода перемещается очень медленно, в результате чего взвешенные частицы начинают выпадать с образованием осадка. Из песколовок жидкость направляется к первичным отстойникам – тут также оседает минеральные примеси, легкие взвеси поднимаются на поверхность. Осадок получается на дне, фермой со скребком он сгребается в приямки. Всплывшие вещества направляются в жироловку, оттуда в колодец и откатываются.
Осветленные водные массы направляются в латки, затем в аэротенки. На этом механическое удаление примесей можно считать завершенным – приходит черед биологического. В состав аэротенков входит 4 коридора, в первый по трубкам подается ил, и вода приобретает коричневый оттенок, продолжая активно насыщаться кислородом. В иле обитают микроорганизмы, которые тоже очищают воду. Затем вода подается на вторичный отстойник, где отделяется от ила. По трубам ил идет в колодцы, оттуда насосы перекачивают его в аэротенки. Вода заливается в резервуары контактного типа, где ранее проходила хлорирование, но теперь уже транзитом.
Получается, что при первичной очистке вода просто заливается в сосуд, настаивается и сливается. Но именно это позволяет удалять большую часть органических примесей при минимальных финансовых затратах. Вода после того, как покидает первичные отстойники, переходит на другие сооружения водоочистки. Вторичное очищение предполагает устранение остатков органики. Это биологический этап. Основные типы систем – активный ил, капельные биологические фильтры.
Принцип работы комплекса очистки сточных вод (общая характеристика водоочистных сооружений)
По трем коллекторам из города грязная вода подается на механические решетки (оптимальный зазор составляет 16 мм ), проходит через них, самые крупные загрязняющие частицы при этом оседают на решетке. Очистка автоматическая. По гидроэлеваторам следуют минеральные примеси, имеющие значительную массу по сравнению с водой, после гидроэлеваторы откатываются на пусковые площадки.
После выхода из песколовок вода поступает в первичный отстойник (всего их 4). Всплывшие вещества подаются в жироловку, от жироловки уже в колодец и откатываются. Все описанные в данном разделе принципы работы справедливы для очистных систем разных типов, но могут иметь определенные вариации с учетом особенностей конкретного комплекса.
Важно: виды сточных вод
Чтобы правильно выбрать систему очистки, обязательно учитывайте тип сточных вод. Доступные варианты:
- Хозяйственно-фекальные или бытовые – они удаляются из туалетов, ванных комнат, кухонь, бань, столовых, больниц.
- Промышленные, производственные, задействуемые в ходе выполнения разнообразных технологических процессов вроде промывания сырья, продукции, охлаждения оборудования, откачанные при добыче полезных ископаемых.
- Атмосферные сточные воды, включая дождевые, талые, те, которые остались после полива улиц, зеленых посадок. Основные загрязняющие вещества – минеральные.
Городские очистные сооружения
1. Назначение.
Водоочистное оборудование предназначено для очистки городских сточных вод (смесь бытовых и производственных стоков объектов коммунального хозяйства) до нормативов сброса в водоем рыбо-хозяйственного назначения.
2.Область применения.
Производительность очистных сооружений составляет от 2500 до 10000 куб.м/сут, что эквивалентно расходу сточных вод от города (поселка) с населением от 12 до 45 тысяч человек.
Расчетный состав и концентрация загрязняющих веществ в исходной воде:
- ХПК – до 300 – 350 мг/л
- БПКполн – до 250 -300 мг/л
- Взвешенные вещества – 200 -250 мг/л
- Азот общий – до 25мг/л
- Азот аммонийный – до 15мг/л
- Фосфаты – до 6 мг/л
- Нефтепродукты – до 5мг/л
- ПАВ – до 10мг/л
Нормативное качество очистки:
- БПКполн – до 3,0 мг/л
- Взвешенные вещества – до 3,0 мг/л
- Азот аммонийный – до 0,39 мг/л
- Азот нитритов – до 0,02 мг/л
- Азот нитратов – до 9,1 мг/л
- Фосфаты – до 0,2 мг/л
- Нефтепродукты – до 0,05 мг/л
- ПАВ – до 0,1мг/л
3. Состав очистных сооружений.
В состав технологической схемы очистки сточных вод входит четыре основных блока:
- блок механической очистки – для удаления крупных отбросов и песка;
- блок полной биологической очистки – для удаления основной части органических загрязнений и соединений азота;
- блок глубокой доочистки и обеззараживания;
- блок обработки осадков.
Механическая очистка сточных вод.
Для удаления грубодисперсных примесей используются механические процеживатели, обеспечивающие эффективное удаление загрязнений с размером более 2 мм. Удаление песка осуществляется на песколовках.
Удаление отбросов и песка полностью механизировано.
Биологическая очистка.
На стадии биологической очистки применяются аэротенки нитри-денитрификаторы, что обеспечивает параллельное удаление органических веществ и соединений азота.
Нитри-денитрификация необходима для обеспечения нормативов на сброс по соединениям азота, в частности, его окисленным формам (нитритам и нитратам).
Принцип работы такой схемы основан на рециркуляции части иловой смеси между аэробной и аноксичными зонами. При этом окисление органического субстрата, окисление и восстановление соединений азота происходит не последовательно (как в традиционных схемах), а циклически, небольшими порциями. В результате процессы нитри-денитрификации протекают практически одновременно, что позволяет удалять соединения азота без использования дополнительного источника органического субстрата.
Эта схема реализуется в аэротенках с организацией аноксичных и аэробных зон и с рециркуляцией иловой смеси между ними. Рециркуляция иловой смеси осуществляется из аэробной зоны в зону денитрификации эрлифтами.
В аноксичной зоне аэротенка нитри-денитрификатора предусмотрено механическое (погружными мешалками) перемешивание иловой смеси.
На рис.1 представлена принципиальная схема аэротенка нитри-денитрификатора, когда возврат иловой смеси из аэробной зоны в аноксичную осуществляется под гидростатическим давлением по самотечному каналу, подача иловой смеси из конца аноксичной зоны в начало аэробной производится эрлифтами или погружными насосами.
Исходная сточная вода и возвратный ил из вторичных отстойников подаются в зону дефосфатации (бескислородную), где происходит гидролиз высокомолекулярных органических загрязнений и аммонификация азотсодержащих органических соединений в отсутствии какого-либо кислорода.
Принципиальная схема аэротенка нитри-денитрификатора с зоной дефосфатации
I – зона дефосфатации; II – зона денитрификации; III – зона нитрификации, IV- зона отстаивания
1- сточная вода;
2- возвратный ил;
4- эрлифт;
6- иловая смесь;
7- канал циркуляционной иловой смеси,
8- очищенная вода.
Далее иловая смесь поступает в аноксичную зону аэротенка, где также происходит изъятие и деструкция органических загрязнений, аммонификация азотсодержащих органических загрязнений факультативными микроорганизмами активного ила в присутствии связанного кислорода (кислорода нитритов и нитратов, образующихся на последующей стадии очистки) с одновременной денитрификацией. Далее иловая смесь направляется в аэробную зону аэротенка, где происходит окончательное окисление органических веществ и нитрификация азота аммонийного с образованием нитритов и нитратов.
Процессы, протекающие в этой зоне, обуславливают необходимость интенсивной аэрации очищаемых сточных вод.
Часть иловой смеси из аэробной зоны поступает во вторичные отстойники, а другая – вновь возвращается в аноксичную зону аэротенка для денитрификации окисленных форм азота.
Эта схема в отличие от традиционных позволяет наряду с эффективным удалением соединений азота повысить эффективность изъятия соединений фосфора. За счет оптимального чередования аэробных и анаэробных условий при рециркуляции способность активного ила аккумулировать соединения фосфора возрастает в 5 -6 раз. Соответственно возрастает и эффективность его удаления с избыточным илом.
Однако в случае повышенного содержания фосфатов в исходной воде, для удаления фосфатов до величины ниже 0,5-1,0 мг/л, потребуется проведение обработки очищенной воды железо- или алюминий содержащим (например, оксихлорид алюминием) реагентом. Ввод реагента наиболее целесообразно производить перед сооружениями доочистки.
Осветленная во вторичных отстойниках сточная вода направляется на доочистку, затем на обеззараживание и далее в водоем.
Принципиальный вид комбинированного сооружения – аэротенка нитри-денитрификатора представлен на рис. 2.
Сооружения доочистки.
БИОСОРБЕР
– установка для глубокой доочистки сточных вод. Более подробно описание и общие виды установок.
БИОСОРБЕР
– см. в предыдущем разделе.
Применение биосорбера позволяет получить воду, очищенную до норм ПДК рыбохозяйственного водоема.
Высокое качество очистки воды на биосорберах позволяет использовать для обеззараживания стоков УФ установки.
Сооружения по обработке осадков.
Учитывая значительный объем осадков образующихся в процессе очистки стоков (до 1200 куб.м/сут), для уменьшения их объема необходимо использовать сооружения обеспечивающие их стабилизацию, уплотнение и механическое обезвоживание.
Для аэробной стабилизации осадков используются сооружения аналогичные аэротенкам со встроенным илоуплотнителем. Подобное технологическое решение позволяет исключить последующее загнивание образующихся осадков, а так же приблизительно в два раза уменьшить их объем.
Дальнейшее уменьшение объема происходит на ступени механического обезвоживания, предусматривающее предварительное сгущение осадков, их реагентную обработку, а затем обезвоживание на фильтр-прессах. Объем обезвоженного осадка для станции производительностью 7000 куб.м/сут составит приблизительно 5-10 куб.м/сут.
Стабилизированный и обезвоженный осадок направляется на хранение на иловых площадках. Площадь иловых площадок в этом случае составит приблизительно 2000 кв.м (производительность очистных сооружений 7000 куб.м/сут).
4.Конструктивное оформление очистных сооружений.
Конструктивно очистные сооружения механической и полной биологической очистки выполнены в виде комбинированных сооружений на базе нефтяных резервуаров диаметром 22 и высотой 11 м, закрытых сверху крышей и оборудованных системами вентиляции, внутреннего освещения и отопления (расход теплоносителя минимален, поскольку основной объем сооружения занимает исходная вода, имеющая температуру в пределах не ниже 12-16 град.).
Производительность одного подобного сооружения – 2500 куб.м/сут.
Аналогично выполнен аэробный стабилизатор со встроенным илоуплотнителем. Диаметр аэробного стабилизатора – 16 м для станций производительностью до 7,5 тыс куб.м/сут и 22 м – для станции производительностью 10 тыс. куб.м/сут.
Для размещения ступени доочистки – на базе установок БИОСОРБЕР БСД 0,6
, установок обеззараживания очищенных стоков, воздуходувной станции, лаборатории, бытовых и подсобных помещений требуется здание шириной 18 м, высотой 12 м и длинной для станции производительностью 2500 кубм/сут – 12 м, 5000 куб.м/сут – 18, 7500 – 24 и 10000 куб,м/сут – 30 м.
Спецификация зданий и сооружений:
- комбинированные сооружения – аэротенки нитри-денитрификаторы диаметром 22м – 4 шт.;
- производственно- бытовое здание 18х30 м с блоком доочистки, воздуходувной станцией, лабораторией и бытовыми помещениями;
- комбинированное сооружение аэробный стабилизатор со встроенным илоуплотнителем диаметром 22м – 1 шт.;
- галерея шириной 12 м;
- иловые площадки 5 тыс. кв.м.
Многоквартирные и частные дома, предприятия и заведения сферы услуг используют воду, которую после прохождения по канализационным магистралям необходимо довести до необходимого уровня чистоты, затем отправить на повторное использование или слить в реки. Чтобы не создавать опасную экологическую обстановку, созданы очистные сооружения.
Определение и назначение
Очистные сооружения – это комплексное оборудование, которое предназначено для решения самых важных проблем – экологии и здоровья человека. Количество сточных отходов постоянно увеличивается, появляются новые виды моющих средств, которые тяжело удалить из воды, чтобы она была пригодна к дальнейшему использованию.
Система рассчитана на прием определенного объема стоков из городской или локальной канализации, очистки ее от всякого рода примесей и органических веществ и последующую отправку в естественные водоемы с помощью насосного оборудования или методом самотека.
Принцип работы
В процессе работы станции очистки освобождают воду от следующих видов загрязнений:
- органического (фекалии, остатки продуктов питания);
- минерального (песок, камни, стекло);
- биологического;
- бактериологического.
Наибольшую опасность представляют бактериологические и биологические нечистоты. При разложении они выделяют опасные токсины и неприятные запахи. При недостаточном уровне очистки может возникнуть эпидемия дизентерии или брюшного тифа. Для предотвращения таких ситуаций воду после полного цикла очистки проверяют на наличие патогенной флоры, и только после проведения экспертизы сливают в водохранилища.
Принцип работы очистных сооружений заключается в поэтапном отделении мусора, песка, органических составляющих, жира. Затем полуочищенная жидкость отправляется в отстойники с бактериями, которые перерабатывают мельчайшие частицы. Эти колонии микроорганизмов называют активным илом. Бактерии также выделяют продукты своей жизнедеятельности в воду, поэтому после того, как они утилизировали органику, вода очищается от бактерий и их отходов.
В самом современном оборудовании происходит почти безотходное производство – песок вылавливают и используют для строительных работ, бактерии спрессовывают и отправляют на поля в качестве удобрений. Вода идет обратно к потребителям или в реку.
Виды и устройство очистных сооружений
Сточные воды бывают нескольких видов, поэтому оборудование должно соответствовать качеству поступающей жидкости. Выделяют:
- Бытовые отходы – это использованная вода из квартир, домов, школ, детских садов, заведений питания.
- Промышленные. Помимо органики содержат химические вещества, нефть, соли. Для таких отходов требуются соответствующие методы очистки, так как бактерии не могут справиться с химикатами.
- Дождевые. Здесь главное удалить весь мусор, который смывается в канализацию. Эта вода меньше загрязнена органикой.
По объему, который обслуживает очистное сооружение, станции бывают:
- городские – весь объем сточных вод направляется на объекты с огромной пропускной способностью и площадью; располагаются вдали от жилых районов или делаются закрытыми, чтобы не распространялся запах;
- ЛОС – локальная очистная станция, обслуживающая, к примеру, дачный поселок или деревню;
- септик – разновидность ЛОС – обслуживает частный дом или несколько домов;
- мобильные установки, которые применяются по мере необходимости.
Кроме комплексных сооружений, таких как станции биологической очистки, существуют более примитивные устройства – жироловки, песколовки, решетки, сита, отстойники.
Устройство станции биологической очистки
Стадии очистки воды на очистных сооружениях:
- механическая;
- первичный отстойник;
- аэротенк;
- вторичный отстойник;
- доочистка;
- обеззараживание.
На промышленных предприятиях в системе дополнительно установлены емкости с реагентами и специальные фильтры для масел, мазута и различных вкраплений.
В процессе поступления отходов они сначала очищаются от механических примесей – бутылок, полиэтиленовых пакетов и другого мусора. Далее стоки пропускают через песколовку и жироловку, затем жидкость поступает в первичный отстойник, где крупные частицы осаждаются на дно и убираются специальными скребками в бункер.
Далее вода отправляется в аэротенк, где органические частицы поглощают аэробные микроорганизмы. Чтобы бактерии размножались, в аэротенк дополнительно поступает кислород. После осветления стоков необходимо утилизировать избыточную массу микроорганизмов. Происходит это во вторичном отстойнике, где колонии бактерий осаждаются на дно. Часть их возвращается в аэротенк, избыток спрессовывается и удаляется.
Доочистка – это дополнительная фильтрация. Не на всех сооружениях имеются фильтры – угольные или мембранные, но они позволяют полностью удалить органические частицы из жидкости.
Последний этап – воздействие хлором или ультрафиолетом для уничтожения болезнетворных микроорганизмов.
Способы очистки воды
Существует большое количество методов, с помощью которых можно очистить стоки – как бытовые, так и промышленные:
- Аэрация – принудительное насыщение стоков кислородом для скорейшего выветривания запахов, а также для размножения бактерий, разлагающих органику.
- Флотация – способ, основанный на способности частиц удерживаться между газом и жидкостью. Пузырьки пены, маслянистые вещества поднимают их на поверхность, откуда они удаляются. Некоторые частицы способны образовывать пленку на поверхности, которую легко слить или собрать.
- Сорбция – способ поглощения одними веществами других.
- Центрифуга – метод, использующий центробежную силу.
- Химическая нейтрализация, при которой кислота взаимодействует с щелочью, после чего выпавший осадок утилизируется.
- Эвапорация – метод, при котором через грязную воду пропускается нагретый пар. Летучие вещества удаляются вместе с ним.
Чаще всего данные методы объединяются в комплексы, чтобы провести очистку на более высоком уровне с учетом требований санэпидстанций.
Проектирование очистных систем
Схема устройства очистных сооружений проектируется исходя из следующих факторов:
- Уровень залегания грунтовых вод. Наиболее важный фактор для автономных очистных систем. При обустройстве септика с открытым дном стоки после отстаивания и биологической очистки удаляются в грунт, где попадают в подземные воды. Расстояние до них должно быть достаточным, чтобы жидкость очистилась при прохождении сквозь почву.
- Химический состав. С самого начала необходимо точно знать, какие отходы будут очищаться, какое оборудование для этого необходимо.
- Качество грунта, его проникающая способность. К примеру, песчаные почвы быстрее впитывают жидкость, но глинистые участки не дадут возможности утилизировать стоки через открытое дно, что приведет к переливу.
- Вывоз отходов – подъезды для машин, которые будут обслуживать станцию или септик.
- Возможность слива чистой воды в естественный водоем.
Все очистные сооружения проектируются специальными фирмами, которые имеют лицензию на проведение таких работ. Для обустройства частной канализации разрешение не требуется.
Монтаж установок
При монтаже объектов очистки воды необходимо учитывать множество факторов. В первую очередь это рельеф местности и производительность системы. Необходимо рассчитывать на то, что объем стоков будет постоянно возрастать.
От качества выполненных работ будет зависеть стабильная работа станции, долговечность оборудования, поэтому объекты общего пользования нужно хорошо проектировать, учитывая все особенности данной местности и комплектации системы.
- Создание проекта.
- Осмотр места и подготовительные работы.
- Монтаж оборудования и соединение узлов.
- Настройка управления станцией.
- Тестирование и сдача в эксплуатацию.
Простейшие виды автономной канализации требуют правильного уклона труб, чтобы магистраль не засорялась.
Эксплуатация и обслуживание
Необходимо регулярно проверять качество очистки воды
Плановое обслуживание предотвращает серьезные аварии, поэтому на больших очистных сооружениях существует график, по которому агрегаты и наиболее значимые узлы регулярно ремонтируют, а детали, вышедшие со строя, заменяют.
На станциях биологической очистки основными требующими внимания моментами являются:
- количество активного ила;
- уровень кислорода в воде;
- своевременное удаление мусора, песка и органических отходов;
- контроль конечного уровня очистки стоков.
Автоматика является основным звеном, которое участвует в работе, поэтому проверка специалистом электрического оборудование и узлов управления – гарантия бесперебойной работы станции.
Для комфортной жизни в частном доме с кухней, несколькими санузлами и душевыми необходима надежная система сбора, фильтрации и переработки отходов, полученных в результате жизнедеятельности человека, которая бы не требовала частой откачки и затрат времени на частое обслуживание. Если дом не имеет возможности подключения к центральной канализации, то выходом в таком случае становятся локальные очистные сооружения. В этой статье речь пойдет о принципе работы автономной канализации частного дома и о том, какие преимущества и недостатки есть у такой системы.
Канализационную систему для частного дома можно разделить на три типа:
- септик;
- локальные очистные сооружения.
Выгребная яма это самый простой в установке и обслуживании тип канализации. Она предполагает слив сточных вод в герметичную ёмкость, в которой они хранятся и из которой периодически откачиваются ассенизаторской машиной. Для строительства выгребной ямы, как правило, используют железобетонные кольца, зарытые в грунт, и организуют доступ к яме посредством установки люка. Недостатками такой системы являются необходимость регулярной очистки емкости, а также появление неприятного запаха, от которого невозможно избавиться даже дезинфекцией.
Представляет собой большую емкость, состоящую из нескольких камер, сообщающихся между собой. В первой камере отходы проходят стадию первичной механической очистки – отстаивание, при котором твердые части оседают на дно, а очищенная от этих частей вода самотеком переходит во вторую камеру. Здесь происходит очистка биологическим способом — анаэробные бактерии перерабатывают органические соединения, находящиеся во взвешенном состоянии, в ил без доступа кислорода, дополнительно очищая воду.
Так как процесс очистки воды без доступа кислорода является не слишком эффективным, то на выходе вода имеет степень очистки примерно 80%. Даже для технических нужд такая вода непригодна. Для дальнейшей очистки септик предполагает использование или полей аэрации.
Плюсы такой канализации – автономность и независимость. Нет необходимости в подаче электроэнергии к септику, а вмешательство человека ограничивается очисткой системы в зависимости от интенсивности пользования. Но при фильтрации отходов в таких системах выделяется метан, для отведения которого устанавливают вентиляцию с выводом не ниже уровня крыш домов.
Третий тип – локальные очистная станция (ЛОС или локальные очистные сооружения ). Такая установка максимально качественно очищает сточные воды со степенью очистки до 98%. Поговорим более подробно о том, как работает автономная канализация.
Принцип работы автономной канализации
Локальные очистные сооружения представляют собой комплекс емкостей, где стоки проходят несколько степеней очистки. Принципиально автономная канализация содержит в себе функции септика, в котором происходит механическая очистка стоков, и функции аэробной очистки, где аэробные бактерии эффективно перерабатывают мелкую взвесь в ил, максимально осветляя стоки. Рассмотрим подробно принцип действия ЛОС.
На первом этапе стоки из дома по поступают в первую камеру автономной канализации, называемую приемной. Объем такой емкости в среднем составляет 3 кубометра. Здесь, как и в септике, происходит отстаивание крупных частиц, а также отделение жировых частиц при помощи специальных жироуловителей.
На следующем этапе вода самотеком поступает в следующую камеру, объемом, равным половине первой камеры. Данную емкость называют аэротенком, так как здесь происходит насыщение стоков кислородом. Происходит это при помощи воздушного компрессора, который через шланги нагнетает снизу в камеру воздух, насыщенный кислородом, одновременно перемешивая благодаря множеству пузырьков, поднимающихся вверх.
В этой же камере поселяют колонии бактерий, которые постепенно преобразуют мелкодисперсную взвесь в активный ил, поедая ее и превращая в достаточно большие хлопья, которые за счет своего веса могут оседать на дно. Высокая активность таких бактерий обусловлена постоянным притоком кислорода в аэротенк.
Вся эта смесь жидкости и перемешанного в ней активного ила постепенно перемещается самотеком в следующую емкость – вторичный отстойник, в котором ил оседает на специальный конусообразный уловитель, а затем перекачивается обратно в аэротенк. Очищенная вода, отделенная от ила, поступает на следующий этап очистки.
При накапливании в аэротенке предельного количества отработанного ила, система автоматически перекачивает его в специальный отстойник, из которого его извлекают и используют для хозяйственных нужд.
После вторичного отстойника, уже достаточно очищенная вода поступает в следующую емкость, вступая в контакт с хлоросодержащим препаратом. Здесь происходит окончательная дезинфекция стоков и их доочистка. На этом этапе вода очищается до 98%, начиная соответствовать санитарным нормам.
Удаление очищенной воды из автономной канализации может происходить несколькими способами:
- Перелив в специальный накопительный колодец, откуда вода будет откачиваться насосом или использоваться для хозяйственных нужд. Такой способ используется при высоком уровне залегания грунтовых вод или при нужде в технической воде для поливки огорода.
- Перелив в , где вода будет уходить в грунт. Такой способ возможен при наличии на участке песчаной или суглинистой почвы. Плюсом здесь является отсутствие необходимости в откачке стоков.
- Организация . Такой способ так же применяется при низком уровне залегания грунтовых вод. Плюсом полей аэрации является дополнительное удобрение почвы в месте сброса очищенных вод.
Благодаря интенсивному процессу переработки, автономная канализация имеет наименьшие габариты по сравнению с обычными септиками, что говорит об удобстве ее монтажа на участке. Очищенную воду можно использовать для полива на участке, не опасаясь попадания каких-либо вредных веществ в почву, а переработанный ил является полезным удобрением, которое используют в саду и огороде, его можно вычерпать самостоятельно ведрами.
ЛОС – закрытая установка, в которой очистка проводится внутри камер и не требует непосредственного вмешательства человека. Чистка фильтрующих элементов и жироуловителя производится примерно раз в 6 месяцев, а профилактический визуальный осмотр камер осуществляется раз в месяц. Замена насосов может понадобиться по истечении нескольких лет эксплуатации.
Главный минус станции – необходимость бесперебойного электропитания. При длительном отсутствии электричества, некоторые фильтрующие элементы могут прийти в негодность.
Как выбрать автономную канализацию для дома
Для рационального выбора типа локальных очистных сооружений нужно учитывать ряд факторов: состояние и состав грунта, в который будет монтироваться канализация, грунтовые воды, форму и размеры участка, количество проживающих человек в доме, является жилище сезонным или постоянным.
Выбор между септиком и ЛОС будет обоснованным, если просчитать самые распространенные ситуации:
- Бюджет. Если он ограничен, то следует установить септик. Он дешевле и на его обслуживание потребуется меньше денежных средств.
- Грунтовые воды. Если их уровень на участке высокий, то установка септика становится невозможной, так как не будет возможности установки сооружений дополнительной очистки (оборудование фильтрационных колодцев и ям в этом случае будет затратным и потребует большого объема работ). Преимущество ЛОС очевидно – вода на выходе будет не опасна для окружающей среды.
- Подача электроэнергии. При частых отключениях и перебоях с электричеством установка автономной канализации не рекомендуется. При остановке системы могут выйти из строя фильтры и погибнуть бактерии. Заправка и починка такой системы – дорогостоящие процедуры. Можно установить резервный источник питания, но предпочтительнее в этом случае будет использовать канализацию на основе септика.
- Сезонное проживание. Если хозяева проживают в доме только часть года, то выбор падает в пользу септика. Долгие перерывы в работе могут негативно сказаться на работе локальных очистных сооружений, а работа электрических систем автономной канализации вхолостую приведет в лишним финансовым затратам.
Таким образом, автономная канализация является самым прогрессивным способом очистки сточных вод в частном доме. Единственным минусом является дороговизна оборудования. Стоит также помнить, что для работы ЛОС необходимо электричество, а при его отключении устройство будет работать как септик. Поэтому окончательный выбор, с учетом всех плюсов и минусов, остается за хозяином дома.
