Как функционируют канализационные очистные сооружения

Канализационные очистные сооружения функционируют на основе многослойного процесса, целью которого является удаление загрязняющих веществ из сточных вод. Сначала вода проходит предварительную обработку, в ходе которой удаляются крупные частицы и мусор. Затем она поступает на биологическую стадию, где микроорганизмы разлагают органические вещества, превращая их в безопасные компоненты.

После биохимических реакций очищенная вода проходит дополнительную фильтрацию и обеззараживание. В результате весь процесс обеспечивает не только значительно сниженное количество загрязняющих веществ, но и защищает окружающую среду, позволяя безопасно сбрасывать очищенные стоки в водоемы или повторно использовать для различных нужд.

Очистные сооружения сточных вод — принцип работы

Системы очистки сточных вод (ОС) представляют собой профильное технологическое оборудование, предназначенное для обработки сточных вод до нормативных значений. После очищения воды сбрасываются в водные объекты, поступают в канализационные сети для дополнительной очистки или могут быть повторно использованы для нужд предприятия.

В ходе своей жизнедеятельности и профессиональной активности человек использует значительное количество воды для разнообразных целей. В составе сточных вод и жидкостей, кроме органических и неорганических соединений, могут находиться опасные, токсичные и радиоактивные элементы. Сброс таких загрязненных стоков в городскую канализационную сеть, а тем более в водоемы или в землю, является недопустимым. Подобные противоправные поступки, за которые предусмотрены как административные, так и уголовные меры, могут повлечь серьезные последствия – от засоров и повреждений канализационного оборудования до экологических катастроф различного масштаба.

Классификация сточных вод

Существует несколько критериев для классификации сточных вод: источник, уровень загрязнённости и степень угрозы для экосистемы.

По источнику выделяют различные категории сточных вод:

1. Бытовые (хозяйственно-бытовые, хозяйственно-фекальные). Образуются в результате жизнедеятельности человека. Отводятся через хозяйственно-бытовую, общесплавную канализацию. Бытовые стоки поступают в канализационную систему из душевых кабин, кухонных моек, умывальников, ванн, бань и саун, столовых. К бытовым относят стоки от пользователей не только частных или многоквартирных домов, но и общественных зданий – офисных центров, ТРЦ, ресторанов, спортивных, гостиничных комплексов, медицинских, учебных заведений и пр.
2. Производственные (промышленные). Образуются в результате технологических процессов на производствах. Отводят через промышленную или общесплавную канализацию. Это отходы агропромышленных комплексов, предприятий химической, нефтехимической, горнодобывающей, металлургической, деревообрабатывающей и иной промышленности.
3. Атмосферные (поверхностные, ливневые). Образуются в результате выпадения осадков, таяния снега. Отводятся через ливневую канализацию.

Бытовые и атмосферные стоки, как правило, обладают достаточно стабильными характеристиками и составом, тогда как состав и свойства сточных вод из производственных процессов зависят от специфики используемых технологий. В связи с этим промышленные сточные воды подразделяют по:

1. химическому составу;
2. степени загрязненности (концентрации примесей);
3. воздействию, оказываемому на окружающую среду;
4. кислотности и др.

Этапы очистки стоков

Очистка сточных вод – многоступенчатый процесс, в котором на каждом этапе из стоков удаляются те или иные примеси, включения, проводится обеззараживание и др. Основные виды очистки:

Помимо участков механической, биологической и физико-химической очистки, в очистных сооружениях предусмотрены секции аэрации для насыщения воды воздухом, системы переработки образующихся отходов и ила, воздухочистные установки, лаборатории, электроподстанция с подключением электроснабжения от нескольких источников, а также системы резервного электроснабжения.

Виды очистных сооружений

Все системы очистки вод классифицируются на 4 категории в зависимости от их функций:

1. Сооружения крупных сетей, рассчитанные на очистку бытовых стоков городов, поселков, жилых кварталов.
2. Промышленные локальные ОС. ЛОС для предварительной очистки стоков, содержащих опасные и вредные химические вещества перед отведением в городской коллектор, для оборотного водоснабжения. Применение локальных ОС на промышленных объектах – лишь частный случай. ЛОС устанавливают в небольших поселках, поселениях, санаториях, коттеджных поселках, СТО и автомойках.
3. Автономные для частного дома, дачи. Сюда относят септики и станции очистки малой производительности, работающие автономно.
4. Ливневые. Системы механической, физико-химической, химической очистки стоков, поступающих от «ливнёвок».

Мобильные устройства для очистки воды выделяются в отдельную категорию. Они используются для обработки небольших объемов сточных вод и в ситуациях, когда оборудование не требуется для постоянной работы.

Очистные сооружения бытовых сточных вод

Крупные городские ОС, предназначенные для очистки бытовых (хозяйственно-бытовых) стоков до нормативов сброса в водные объекты рыбохозяйственного значения. Нормы определены в Приказе Минсельхоза России № 552 от 13.12.2016 г. На городских очистных сооружениях осуществляются все виды очистки стоков. На ОС поступают стоки от бытовых и коммерческих потребителей (после предварительной очистки на ЛОС предприятий).

Очистные сооружения промышленных сточных вод

В соответствии с Постановлением Правительства РФ № 644 от 29.07.2013 г. вода, используемая на промышленных предприятиях, должна быть очищена до требуемых показателей. Одна из проблем очистки промышленных стоков заключается в том, что каждое предприятие генерирует разные по количеству и составу сточные воды. Поэтому технология водоочистки и состав ОС выбираются в индивидуальном порядке согласно обоснованию в проекте.

Все стоки промышленных предприятий условно подразделяют на 3 категории:

• Минеральные (машиностроение, производство стройматериалов, металлургия, угледобывающая промышленность).
• Органические (пищевая, химическая промышленность, производство пластика и пр.).
• Смешанные (нефтедобывающие, нефтеперерабатывающие предприятия, фармацевтическая, текстильная, целлюлозная промышленность).

Помимо оборудования и комплексов механической, биологической, физико-химической очистки в схему ОС могут входить установки для выпаривания, сжигания отходов.

Ливневые очистные сооружения

Ливневые стоки после осадков или таяния снега поступают в коллекторы через решетки дождевых колодцев, откуда они отправляются на ЛОС накопительного типа или ОС ливневой канализации.

Стандартные ливневые ОС состоят из распределительных колодцев, песколовок (пескоотделителей), бензомаслотделителей, сорбционных фильтров, колодцев отбора проб. При этом модули пескоотделителя, бензомаслоотделителя и сорбционный фильтр могут размещаться в едином блоке в т.н. однокорпусных ливневых ОС. Дополнительно предусматривают коалесцентный модуль для поверхностного удаления нефтепродуктов, угольный фильтр доочистки для окончательной очистки от нефтепродуктов из стоков.

Очистные сооружения для частного дома и дачи

Для частного дома, дачи устанавливают компактные очистные сооружения 2-х типов:

• Септики. Подразделяются на накопительные (простое накопление стоков), анаэробные (доочистка без притока воздуха), с биофильтром и аэрацией. Готовые конструкции из пластика, состоящие из нескольких разделенных между собой камер, где хозяйственно-бытовые стоки последовательно очищаются. Для работы септика не требуется электроэнергия.
• Станции глубокой биологической очистки (станции биочистки, СБО). Компактные установки из стеклопластика, предназначенные для глубокой очистки стоков с целью последующего использования очищенной воды для технических нужд (например, полива растений, травы, неплодовых деревьев). Очищают сточные воды за счет биологического разложения органических соединений аэробными бактериями. Отходы от микроорганизмов оседают на дне в виде осадка. Для работы оборудования требуется электроэнергия.

Выбор типа ОС зависит от требуемой производительности в расчете на количество людей, периодичности работы (постоянная очистка, периодическая работа ОС для дачных домов сезонного проживания), необходимости последующего использования очищенной воды для технических нужд.

Проектирование очистных сооружений

Проектирование наружных канализационных сетей и сооружений выполняют в соответствии с требованиями СП 32.13330.2018, СанПиН 2.1.5.980-00, сопутствующих нормативов и правил. Действует «Пособие к СНиП 2.04.03-85 Проектирование сооружений для очистки сточных вод», в котором указаны общие рекомендации при разработке проектной документации ОС.

При разработке проекта необходимо принимать во внимание следующие аспекты:

• Тип и характеристики стоков – объем, состав, степень загрязненности и пр.
• Место строительства – особенности рельефа местности, удаленность от других объектов, в особенности, от жилых домов.
• Безопасность – реализация современных технологий для защиты окружающей среды при эксплуатации очистных сооружений.
• Технологичность – экономическая эффективность выбранных методов, возможность повторного использования очищенных стоков и пр.
• Энергоэффективность – снижение расхода электроэнергии за счет внедрения энергосберегающих технологий, повторное использование очищенных стоков для экономии водных ресурсов.

Основные этапы проектных работ:

>

1. Выбор места строительства и получение исходно-разрешительной документации.
2. Проведение инженерно-геологических изысканий.
3. Подготовка технического задания.
4. Разработка проектной документации, в том числе сметы (стадия «П»).
5. Прохождение экспертизы проекта, его корректировка при необходимости.
6. Подготовка рабочей документации (стадия «Р»).

Работы, перечисленные в пп. 1-3, выполняет заказчик (подрядчик). Проектная организация может оказывать услуги по инженерно-геологическим изысканиям, составлению технического задания, сбору (дополнению) исходных данных, но, как правило, за дополнительную плату.

Строительство очистных сооружений

Этапы строительство определяются в соответствие с разработанной проектной документацией и могут корректироваться:

• Планировка участка, рытье котлована.
• Устройство фундамента.
• Монтаж оборудования.
• Возведение зданий.
• Устройство ограждающих конструкций.
• Монтаж технологических трубопроводов водоподготовки, электрооборудования, датчиков и автоматики, внутренних систем водоснабжения и водоотведения, вентиляции.
• Прокладка наружных сетей (трубы, электроснабжение).
• Благоустройство территории.

Пусконаладочные работы

После завершения монтажа выполняют пуско-наладку. Пуско-наладочные работы включают в себя гидравлические испытания труб, резервуаров и емкостей, опробования всех узлов, агрегатов и устройств, установок. Сначала пуско-наладку проводят в режиме холостого хода. Далее проверку выполняют в нескольких режимах, настраивают оборудование очистных сооружений.

Завершающий этап пуско-наладки – разработка документации (регламент, инструкции, графики лабораторного контроля), составление технического заключения и акта.

Обслуживание очистных сооружений

Установки могут очищать сточные воды до допустимых показателей и безотказно работать только при условии регулярного технического обслуживания в объеме, установленном по регламенту. Своевременное техобслуживание помимо обеспечения бесперебойной работы оборудования и выявления неисправностей, износа на ранних стадиях позволяет:

• экономично расходовать водные ресурсы, особенно, если есть системы оборотного водоснабжения;
• повысить срок службы оборудования и конструкций, снизить расходы на электроснабжение, когда устройства из-за загрязнений или неполадок работают при повышенной мощности;
• исключить штрафные санкции со стороны надзорных органов, ответственных за производственный экологический контроль.

Обслуживание может быть регулярным (удаление мусора, очистка фильтров, промывка и пр.), периодическим (оценка состояния деталей и узлов, агрегатов, устройств канализационных очистных сооружений, текущий ремонт), сервисным (проведение сервисных работ организацией, выполнившей монтаж и пуско-наладочные работы). Нередко к обслуживанию также относят реконструкцию и модернизацию.

Локальные очистные сооружения

Отсутствие центральной канализации становится настоящей проблемой для загородных поселков и дачных обществ, производственных предприятий и баз отдыха.

Проблему утилизации и очистки сточных вод могут решить локальные системы, которые предназначены для обработки загрязненной воды до состояния, позволяющего её повторное использование или сброс в естественные водоёмы.

Способы очистки стоков

Автономные очистные сооружения могут быть пассивными энергонезависимыми, или активными, работающими под действием биологических, химических иди физических процессов.

Существует несколько способов очистки канализационных стоков:

• Механический—основан на фильтрации и отстаивании сточных вод. Для его применения используются различные фильтры, решетки, сита, уловители и отстойники. С помощью механической очистки можно избавиться от песка, грунта или мусора. Недостаток способа заключается в невозможности удаления органических примесей и химических соединений.
• Биологический—работает под воздействием аэробных микроорганизмов, способных питаться органическими отходами. Принцип биологической очистки используется в аэротенках, габионных сооружениях или биопрудах.
• Химический—очистка производится под влиянием реагентов, вступающих в реакцию с различными загрязнителями. Образующие в результате химические соединения оседают в виде нерастворимых осадков.
• Физико-химический —заключается в удалении тонкодисперсных неорганических и органических веществ различными методами: электролиз, флотация, электрокоагуляция и пр.

При выборе метода очистки необходимо обращать внимание на следующие моменты:

• сезонность эксплуатации зданий и сооружений;
• количество постоянно проживающих жильцов;
• геологические особенности земельного участка;
• глубину залегания грунтовых вод.

Обращая внимание на стоимость возведения очистных сооружений, необходимо учитывать затраты на дальнейшую эксплуатацию.

Область применения

Локальные очистные сооружения используются в местах, где отсутствуют центральные канализационные сети, или подключение к ним затруднительно. Они могут обслуживать коммерческие объекты, базы отдыха, загородные жилые дома или дачи.

Производственные предприятия, имеющие токсичные сточные воды обязаны иметь локальные очистные сооружения.

Промышленные и хозяйственно-бытовые стоки требуют комплексной очистки, начиная от механической, заканчивая обеззараживанием.

Локальные очистные сооружения доводят воду до уровня, допустимого для сброса в естественную среду.

Принцип работы

Сточные воды через трубы или канавы направляются в емкость, где они накапливаются до достижения максимального уровня.

Твердые компоненты оседают на дно емкости, а осветленная вода переливом или через коллекторы последовательно попадает в следующие сооружения. Последующая доочистка может происходить под воздействием активных микроорганизмов, химических реагентов или различных физических процессов в специальных агрегатах.

Разновидности локальных очистных сооружений

Существует несколько разновидностей автономных очистных сооружений, основные из них:

• Энергонезависимые септики— в основном используются для канализования стоков загородных домов и дач. Бывают однокамерными и многокамерными. Могут эксплуатироваться как сезонно, так и круглогодично.
• Установки глубокой очистки — способны эффективно очищать стоки при помощи активных биологических, химических, физических или совместных процессов. Наиболее качественная очистка происходит путем совмещения методов.

Это самый надежный и качественный вариант автономной канализации, не требующих больших вложений при эксплуатации.

• Габионные очистные сооружения— используются для очистки ливневых, поверхностных и промышленных стоков. Включают комплекс мероприятий:
• механическую очистку от плавающего мусора;
• извлечение песка и грубодисперсных компонентов;
• задержание нефтесодержащих эмульсий и мелкодисперсных примесей.

Септики

Септики представляют собой установки локальной канализации для сбора, отстаивания и очистки сточных вод. Они могут состоять из одного, двух и более емкостей, связанных между собой коллекторами.

Конструкции септиков отличаются по принципу действия, способу установки и форме.

В однокамерных септиках предварительная очистка стоков происходит в накопительном устройстве, где крупные механические примеси оседают на дно. Доочистка происходит при естественной фильтрации через почву. Однокамерные септики подходят для небольших частных домов и дач.

Многокамерные агрегаты выполняют многоступенчатую очистку:

• в первой камере происходит оседание песка, ила и прочих твердых компонентов;
• осветленная вода переливается во второй отсек, где выполняется биологическая очистка стоков путем воздействия микроорганизмов и естественного брожения;
• очищенная под действием естественных биологических процессов жидкость переливается в третий отсек, откуда через дренажную систему впитывается в грунт или используется для бытовых нужд.

Септики могут дополнительно укомплектовываться жироуловителями.

Ключевые достоинства септиков:

• независимость от наличия электроснабжения;
• простота обслуживания;
• доступная стоимость;
• высокая эффективность.

Полная автономность позволяет эксплуатировать септики в любое время года.

Аэротенки

Аэротенки — самые современные эффективные устройства для переработки стоков способом биохимического разложения.

Представляют собой однокамерные или многокамерные резервуары со вспомогательными элементами. Многокамерные аэротенки нуждаются в сложном обслуживании, но очищают канализационные стоки более качественно.

Проходя через аэрационную емкость, сточная вода смешивается с активным илом и кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий, участвующих в биохимическом окислении стоков.

Пневматические или механические аэраторы насыщают илистые стоки активным кислородом, необходимым для жизнедеятельности бактерий.

Подающий под давлением кислород обеспечивает постоянное перемешивание ила, что препятствует его гниению, а также участвует в биохимическом окислении сточных загрязнений.

Эффективность работы аэротенков во многом зависит от следующих факторов:

• уровня кислотности и наличия токсических веществ в иловой смеси;
• достаточной насыщаемости сточных вод растворяемым кислородом, в пределах 5мг/м3;
• количества рабочего ила;
• оптимального температурного режима.

Главное условие биохимического процесс в постоянном поступлении кислорода, под действием которого аэробные микроорганизмы полностью расщепляют органику на воду и углекислый газ.

Процесс биохимической очистки сточных вод в аэротенках осуществляется следующим образом:

1. Канализационные сливы из подводящих трубопроводов поступают в приемный аэротенк, где более тяжелые и крупные частицы загрязнителей оседают в первичный аэробный отстойник.
2. На дне отстойника осевший ил перемешивается с активными микроорганизмами.
3. С помощью компрессора через аэратор в емкость подается кислород. Датчики контроля в автоматическом режиме поддерживают необходимый уровень насыщения стоков.
4. Частично осветленная вода из аэротенка перекачивается во вторичный отстойник с помощью эрлифта, где происходит ее окончательная очистка.
5. Жировые загрязнители с поверхности стоков выводится через удалитель биопленки.
6. Очищенная вода через выходной патрубок выводится из устройства.

Очищенные стоки могут применяться для технических нужд и полива растений. Биологически переработанные твердые отходы используются в качестве удобрения.

Биологическая очистка стоков

Биологическая очистка является одной из самых эффективных и дешевых технологий.

Метод биологической очистки заключается в способности зоогенных бактерий, простейших микроорганизмов и дождевых червей использовать загрязняющие вещества для своего питания.

К средствам биологической очистки воды относятся:

• аэротенки;
• биофильтры;
• биологические пруды;
• метанреакторы.

В основе метода стоят физиологические и биохимические процессы самоочищения природных водоемов.

ЛОС для промышленных предприятий

Промышленные стоки могут содержать токсичные химические соединения, соли тяжелых металлов, нефтепродукты, болезнетворные бактерии, способные нанести вред окружающей среде.

Выбор локальных очистных сооружений для промышленных предприятий зависит от сферы производственной деятельности и вида содержащихся в стоках вредных веществ.

В зависимости от вида содержащихся в стоках загрязнителей, выбирается тип ЛОС или совокупность методов очистки

Очистка ливневых стоков

Дождевые стоки могут включать в себя различные загрязняющие вещества из атмосферы и органические соединения.

Для очистки дождевых и поверхностных стоков используют локальные очистные сооружения проточного или накопительного типа.

В качестве проточных ЛОС используют габионные очистные фильтрующие сооружения.

Загрязненная вода по трубопроводам или лоткам поступают в отстойники, где нерастворимые взвешенные частицы оседают на дно. Осветленная вода самотеком проходит через фильтровальные камеры с сорбентом и попадает в искусственные водоемы, засаженные специальными растениями — макрофитами, где происходит биологическая доочистка.

Габионные очистные фильтрующие сооружения отлично вписываются в природный ландшафт. Для их функционирования не требуется электричество и насосное оборудование. Они надежны и безаварийны.

Современные методы автономной очистки стоков способны без особых вложений эффективно работать не менее 50 лет.

Очистные сооружения

Очистные сооружения – это комплекс специализированных устройств, предназначенных для очищения сточных вод до установленных нормативов с учетом местных требований. После очистки воды либо сбрасываются в водоем, либо поступают в канализационную систему на этап доочистки. Очищенные воды применяются также и для технических нужд предприятий различных отраслей.

Принцип работы очистных сооружений

Очищение стоков происходит последовательно в несколько этапов, среди которых могут быть следующие:

• Механический На данном этапе удаляется до 75% процентов стоковых загрязнений – разные примеси, в том числе жировые, и предметы.
• Биологический Устранение загрязнений с использованием микроорганизмов. Такие микроорганизмы перерабатывают загрязнения (органику, азот, фосфор и другие) в более безопасные для окружающей среды.
• Физико-химический Применяется для очистки нерастворимых загрязнений (взвеси, тяжелые металлы, цианиды, фториды и т.д.). Принцип очищения основан на использовании химических реагентов и законов физики (нерастворимые фрагменты с помощью коагулянтов укрупняются, укрупнённые твёрдые фракции осаждаются на дне резервуаров и удаляются специальными механизмами).
• Химический Растворённые в сточных водах химические соединения с помощью специальных реагентов преобразуются в нерастворимые, и затем также либо осаждаются на дно, либо образуют на поверхности жидкости пену, которая удаляется механически.
• Ультразвуковой Данный метод используется как один из способов обеззараживания сточных вод.
• Обработка ультрафиолетом Ещё один способ обеззараживания сточных вод, наиболее частый из всех применяемых: поток воды пропускается через специальные установки с УФ-облучателями, излучение которых убивает большинство патогенной флоры.
• Обратный осмос Наиболее действенный и один из самых дорогих способов очистки сточных вод. Применяется для достижения степени очистки стока, позволяющей использовать сточные воды в производственном цикле повторно (то есть создать замкнутый цикл водопотребления).
• Очистка на ионообменных фильтрах (с использованием ионообменных смол) Применяется для удаления из сточных вод таких ионов, которые нельзя удалить осаждением с помощью простой коагуляции или флокуляции, например, железа.

При проектировании и строительстве очистного сооружения применяются все этапы чистки, образовывая полноценный комплекс, обеспечивающий соответствие требованиям установленных норм. Комплекс мер подбирается индивидуально для каждого объекта. Учитывается его тип, область расположения и поставленные задачи.

Устройство очистных сооружений (ОС)

Фильтр для обратной промывки

Работа, устройство и технологическая схема очистного сооружения подбираются индивидуально и зависят от его вида, назначения очищаемой жидкости, состава загрязнения и поставленных задач.

Основные типы ОС:

Водопроводное очистное сооружение.

Очищает воды для применения в технических или питьевых целях.

Канализационное.

Очистка воды будет работать для сброса в водоем или повторного использования на предприятии.

Очистные сооружения также классифицируют по ряду технических характеристик.

• Объем;
• непрерывное функционирование;
• периодичность эксплуатации;
• гидродинамический принцип;
• организация перемещения жидкостей в ОС;
• другие показатели.

Водопроводные очистные сооружения

Виды водопроводных ОС:

• Бытовое очистное сооружение Предназначены чаще всего для очистки вод для человека (жилой сектор и т.д.).
• Промышленное очистное сооружение Используется на предприятиях разных отраслей.

Канализационные очистные сооружения

Канализационное очистное сооружение (КОС) – это комплекс инженерных устройств, предназначенных для приёма сточных вод в области их образования, транспортировки, очистки, обеззараживания и выпуска в окружающую среду.

КОС различают по видам принимаемых стоков:

Ливневые фильтрационные системы. Эти конструкции также известны как "системы очистки поверхностного стока", или ОСПС (устройства, которые принимают и обрабатывают сточные воды от ливневой (дождевой) канализации).

Хозбытовые очистные сооружения Предназначены работать на очистку стока из сети хозбытовой канализации.

Промышленные очистные сооружения Очищают специфические сточные воды от одного или нескольких промпредприятий.

Канализационное очистное сооружение состоит из следующих основных элементов:

• приемники сточных вод
• трубопроводы и коллекторы
• насосные станции
• комплексы ОС, выпуски

Все типы сточных вод подлежат обязательной дезинфекции с использованием озона, ультрафиолетового излучения или хлора.

Основные причины низкой эффективности работы ОС

Помимо определенных погрешностей методов очистки к основным причинам снижения эффективности ОС относят:

• Неудовлетворительное техническое состояние ОС из-за длительной и активной эксплуатации;
• Невозможность проведения качественного ремонта из-за отсутствия альтернативных линий очистки/очистных сооружений;
• Несвоевременное проведение ремонтных работ, отсутствие диагностики;
• Нарушение технологий очищения стоков:
• Перебои в подаче кислорода в процессе биологической очистки стоков из-за неисправности воздуходувок или электроснабжения;
• Повреждение илопроводов, эрлифтов;
• Поступление на доочистку стоков, не соответствующих качественным характеристикам. Это снижает эффективность очищения и может вовсе вывести из строя ступень доочистки, стать источником вторичных загрязнений.