Очистные сооружения сточных вод - принцип работы

Очистные сооружения (ОС) – это комплекс технологического оборудования для очистки сточных вод до установленных нормативами показателей. Очищенные стоки сбрасывают в водоемы, поступают в канализацию на доочистку или повторно используются для собственных нужд предприятия.

В процессе жизнедеятельности, хозяйственной деятельности человек потребляет большое количество воды для различных нужд. В составе использованной воды и жидкостей помимо органических и неорганических соединений могут быть опасные, ядовитые, радиоактивные вещества. Водоотведение в городскую канализационную систему, а, тем более, сброс загрязненных стоков в водоемы или грунт недопустимы. Подобные противоправные действия, за которые предусмотрена административная и уголовная ответственность, могут привести к серьезным последствиям – от засоров и поломок оборудования канализации до экологических катастроф различного масштаба.

Классификация сточных вод

Классификация стоков возможна по нескольким признакам: происхождение, степень загрязнения, опасность для окружающей среды.

По происхождению выделяют следующие виды 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 обычно имеют относительно постоянный состав и свойства, а состав и свойства производственных стоков напрямую зависят от конкретных технологических процессов. Поэтому промышленные сточные воды классифицируют 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:

• Механическая. Первый этап обработки стоков при поступлении стоков на главную насосную станцию водоочистных сооружений. Сточные воды из специального резервуара поступают в цех механической очистки, где сточные воды последовательно очищают от мусора и загрязнений большой фракции. Для перекачивания стоков в системе предусмотрены канализационные насосные станции (КНС). Решетки и сита задерживают включения органического и минерального происхождения, остатки средств гигиены и пр. Далее установлены песколовки, где из стоков посредством осаждения удаляются мелкие частицы – песок, битое стекло и пр. Частицы в песколовках осаждаются на дно, откуда удаляются насосом. Жироловки, напротив, очищают стоки от примесей, всплывающих на поверхность – нефтепродукты, топливо, жиры, масла. В первичных отстойниках происходит осаждение взвешенных частиц. Отстойники представляют собой горизонтальные или вертикальные железобетонные резервуары. В зависимости от проекта, степени загрязненности стоков дополнительно могут быть установлены мембраны, септики, фильтры. При механической очистке возможно удаление до 70-75% загрязнений, снижения количества легкоокисляющихся вредных веществ вплоть до 30%.
• Биологическая. Под биологическим этапом подразумевают удаление ХПК, БПК, азота, фосфора, растворенных в стоках, с помощью активного ила (бактерии, микроорганизмы). Принцип основан на метаболизме микроорганизмов и сопутствующих биохимических процессах – биоценоз способен разлагать органику стоков для собственного роста. Биологические очистные сооружения – это аэротенки, биофильтры. Если в систему включены метатенки, то полученный в результате анаэробного брожения осадок используют для получения биогаза. После биологической очистки содержание БПК снижается до концентрации порядка 15-20 мг/л.
• Физико-химическая. Доочистка стоков, в основном, для повторного использования воды. В типовом проекте очистных сооружений предусматривают очистку методами коагуляции, флотации, центрифугирования и др. Главная задача – получение очищенной воды, которую можно использовать для собственных нужд, для технических целей, в технологических процессах (например, в теплообменных установках при нагреве, охлаждении и пр.).
• Дезинфекция (обеззараживание). Удаление микробов и бактерий из предварительно очищенных стоков для последующего выпуска в рельеф, водоемы. В зависимости от производительности сооружений и технико-экономических показателей предусматривают ультрафиолетовое обеззараживание, хлорирование, воздействие переменным током, гамма-облучение.

Кроме цехов механической, биологической, физико-химической очистки и установок для обеззараживания в очистных сооружения предусматривают цех аэрации для насыщения воды воздухом, системы утилизации образующихся отходов, ила, системы очистки воздуха, лабораторные помещения, электроподстанция с подведением электроснабжения от нескольких источников, установками резервного электроснабжения.

Виды очистных сооружений

Все очистные сооружения в зависимости от назначения делятся на 4 группы:

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».

К отдельной группе относят мобильные устройства водоочистки. Их применяют при небольших объемах стоках, а также, когда оборудование не должно работать постоянно.

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:

1. Минеральные (машиностроение, производство стройматериалов, металлургия, угледобывающая промышленность).
2. Органические (пищевая, химическая промышленность, производство пластика и пр.).
3. 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 подготовке проекта учитывают следующие факторы:

• 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

Строительство выполняют несколько этапов:

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

1. Планировка участка, рытье котлована.
2. Устройство фундамента.
3. Монтаж оборудования.
4. Возведение зданий.
5. Устройство ограждающих конструкций.
6. Монтаж технологических трубопроводов водоподготовки, электрооборудования, датчиков и автоматики, внутренних систем водоснабжения и водоотведения, вентиляции.
7. Прокладка наружных сетей (трубы, электроснабжение).
8. 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.