Отличительные особенности. Проблемы проектирования и эксплуатации.

Технология ПЛАТОН.

Очистка малых объёмов сточных вод становится все более актуальной. На сегодняшний день, весьма распространено строительство относительно небольших (по сравнению с масштабами застроек 70-х годов прошлого века) жилищных комплексов, коттеджных городков, ресторанно-гостиничных комплексов и пр. Эти объекты, расположены, как правило, за чертой городской застройки и, как следствие, удалены от существующих сетей городской канализации на расстояние, достаточное для формирования технического задания на строительство локальных очистных сооружений.

В этой статье речь пойдет о малых очистных сооружениях (в дальнейшем МОС) производительностью от 10 до 1000 м³/сут.

В Европе МОС распространены достаточно широко, при этом, показатели очистки для малых объёмов сточных вод существенно ниже украинских. Достаточно взглянуть на сравнительную таблицу допустимых концентраций основных загрязнений, содержащихся в очищенной сточной воде.

*Приведенные в столбце 2 данные справедливы для очистных сооружений, принимающих стоки от объектов с количеством эквивалентных жителей от 2000 до 10 000 человек, а так же для тех случаев, когда очищенные стоки сбрасываются в водоемы не подверженные эвтрофикации.

**Постановление Кабинета Министров Украины от 25.03. 1999г. №465 « Про затвердження правил охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами» п.19

*** Значения указаны ориентировочно, так как нормирование ПДК этих показателей осуществляется местными органами, уполномоченными выдавать разрешение на специальное водопользование. (Постановление Кабинета Министров Украины от 25.03. 1999г. №465 п. 19)

Как видно из таблицы, требования к очистке сточных вод в Украине, со времен СССР остались высокими, независимо от объема очищаемых сточных вод. К этому следует добавить, что стоимость очистных сооружений находится в квадратичной зависимости от эффекта очистки. Иными словами, цена МОС с 85%-м эффектом очистки будет в 2-2,5 раза меньше МОС с 95% эффектом. В сегодняшних условиях, такое положение дел скорее заставляет искать «иные пути» утилизации стоков.

Не менее удручающе выглядит ситуация с существующими очистными сооружениями. По сбросу неочищенных стоков, образующихся от малых населенных пунктов, даже не ведется официальной статистики. Имея опыт многочисленных поездок по небольшим городкам и селам Украины, могу смело предположить, что по самой благоприятной оценке более 80% стоков сбрасываются или недостаточно очищенными, или вовсе без какой-либо очистки. Под «недостаточно очищенными стоками» следует понимать, что сточные воды проходят очистные сооружения транзитом. В лучшем случае работают лишь отстойники. Следует так же отметить, что чем меньше населенный пункт, тем больше вероятность сброса неочищенных стоков.

От части это можно объяснить тем, что последние 25 лет можно назвать периодом разрушения инфраструктуры коммунального хозяйства. Больше всего не повезло канализационным очистным сооружениям. Если без воды и электроэнергии жить весьма сложно, то без очистных сооружений, если слегка поморщиться – то можно. Лишь бы канализационный коллектор был подлиннее и исправно работал.    Все, что когда-то было создано находится в аварийном состоянии и продолжает разрушаться. Причин такого положения немало, среди них следующие:

— в погоне за универсальностью и скоростью, столь характерными для социалистической плановой экономики, очистные сооружения часто строились некачественно и из некачественных материалов (черный металл, «малоцементный» бетон, хрупкие асбестоцементные или чугунные трубы);

— чем меньше населенный пункт, тем больше удельная стоимость очистки 1м³ стоков.

— Из-за постоянного сдерживания роста коммунальных тарифов и мизерности местного бюджета малых городов и поселков, эксплуатировать такой непростой объект, как очистные сооружения, построенные по типовому проекту 70-х годов, весьма непросто и затратно.

В результате наблюдается следующая картина: отключенные воздуходувки и иловые насосы, (часто без электродвигателей, коим нашлось иное применение), рассыпающийся бетон отстойников и аэротенков, сгнившие илопроводы и система аэрации, неприятный запах (поскольку сооружения превратились в цепочку обычных септиков). Обслуживание прекращено вообще, персонал сокращен. Иногда можно встретить дежурного «оператора»-сторожа.

«Понимая ситуацию», контролирующие службы попросту закрывают глаза.

Если еще вчера капитальный ремонт и реконструкция очистных сооружений считались актуальной проблемой, то сегодня, в большинстве случаев, будет дешевле построить новые.

Технология очистки небольших объемов сточных вод в Советском Союзе развивалась слабо, поскольку научные и проектные институты работали, в основном, над большими очистными сооружениями, малые очистные сооружения были скорее редкостью. До последнего времени основным решением утилизации малых объемов стоков был септик с дренажом. Геометрическое уменьшение больших очистных сооружений оказалось неприемлемым решением. Для создания МОС, обеспечивающих требуемые высокие показатели очистки, необходим принципиально новый подход.

Сегодня, поскольку спрос рождает предложение, рынок предлагает богатую палитру технологических и конструктивных решений по очистке и утилизации стоков. Столь же богато и разнообразие качества получаемого продукта (очищенных сточных вод).

При выборе очистных сооружений заказчик учитывает следующие факторы:

— цена;

— срок гарантии;

—  стоимость сервисного обслуживания;

— эксплуатационные затраты (электроэнергия, заработная плата и пр.).

При этом, у заказчика необходимо сформировать понимание того, что качество и стабильность показателей очистки стоков являются первоочередными, а достигнуть этого в примитивных МОС невозможно.

Основные проблемы и отличительные особенности очистки малых объёмов сточных вод:

1. На малые очистные сооружения поступает свежий концентрированный сток, в котором количество органики, азота и фосфора не соответствует оптимальному для биологического процесса соотношению — 100:5:1 (органика: азот : фосфор);
2. Возможность залпового притока сточных вод. Порой за несколько минут на сооружения может поступить до 25% суточного притока. Установка должна принимать залповый сброс без выноса активного ила с очищенными сточными водами;
3. Возможность длительного отсутствия притока сточных вод на установку;
4. Возможность залпового сброса большого количества синтетических поверхностно — активных веществ (СПАВ), образующегося при стирке белья;
5. Возможность залпового сброса на установку высококонцентрированных сточных вод, например с кухни, при этом БПК поступающих стоков на МОС может доходить до 2000 мг/л (в 5 раз выше нормы и даже более);
6. Минимальное участие обслуживающего персонала. Процесс очистки должен осуществляться в автоматическом режиме.

Это неполный перечень проблемных вопросов, которые необходимо решить при создании технологии очистки малых объёмов сточных вод. Большие очистные сооружения не имеют таких проблем, так как на них поступает более-менее равномерный сток, усредненный как по расходу поступающих сточных вод, так и по концентрациям содержащихся в них загрязнений. Усреднение здесь происходит в канализационных сетях во время движения стоков на очистные сооружения. Так же муниципальные стоки   разбавляются практически чистыми ливневыми водами, и производственными сточными водами, в которых, как правило, в отличии от бытовых сточных вод, азот и фосфор присутствуют в небольших концентрациях.

Ни одно городское очистное сооружение не в состоянии справиться с такой концентрацией СПАВ, жиров и дезинфицирующих растворов, которые поступают со сточными водами на малые очистные сооружения, например, от коттеджа при стирке белья, приготовлении еды или мытье сантехники и полов.

Вышеприведенные сложные условия очистки сточных вод на малых очистных сооружениях, делают неприемлемым конструирование их по аналогии с большими, тем более, путём их геометрического уменьшения.

Принимая во внимание вышеперечисленные отличия МОС от городских очистных сооружений, и прежде всего, отсутствие постоянно присутствующего персонала, малые сооружения, как правило, лишены громоздких узлов механической очистки и песколовок. Часто решетки мех. очистки заменяют сетчатые контейнеры, а песколовки (в силу незначительных объемов поступающего песка) и вовсе отсутствуют. Многие МОС не имеют первичных отстойников, что упрощает эксплуатацию, но увеличивает нагрузку на аэротенки (о чем многие забывают при расчетах узлов биологической очистки).

Традиционная схема очистки хозяйственно-бытовых стоков.

Для дальнейшего понимания конструктивных особенностей МОС, необходимо представлять классическую (традиционную) технологию очистки бытовых стоков. Существует несколько (на самом деле совсем немного) технологических схем очистки бытовых стоков. Наиболее распространена следующая:

1. Механическая очистка от твердых отбросов на решетках, граблях и пр.
2. Удаление песка в песколовках.
3. Осветление стоков посредством отстаивания в первичных отстойниках.
4. Биологическая очистка в присутствии свободноплавающего активного ила и растворенного кислорода в аэротенках.
5. Отделение очищенной сточной воды от активного ила во вторичных отстойниках.
6. Обеззараживание активным хлором с обеспечением 30-минутного контакта в контактных резервуарах.

Часто, особенно на очистных сооружениях небольшой производительности, можно встретить вместо аэротенков гравийные биофильтры. Здесь, активный ил представляет собой биопленку, размещенную на поверхности гравийной загрузки. Такие сооружения, как правило, подвержены необратимым загрязнениям и уже на 2-м году жизни эффективность очистки резко снижается вплоть до появления вторичных загрязнений. Возобновление работы таких биофильтров – весьма трудоемкое занятие. Капитальный ремонт таких сооружений становится экономически нецелесообразен.

Общим для всех сооружений, как малых, так и больших, остается биологическая очистка. В большинстве случаев, для очистки бытовых стоков используется аэробная очистка активным илом (в присутствии растворенного кислорода). Сооружения, в которых осуществляется аэробная биологическая очистка называются аэротенками. В последнее время, для более полного удаления нитратов и фосфатов, получают распространение сооружения биологической очистки, в которых присутствуют как аэробные зоны, куда подается воздух, так и анаэробные, куда воздух не подается. Такие сооружения правильнее называть биореакторами. Но и в аэротенках, и в биореакторах основным агентом очистки является активный ил.

Активный ил — биоценоз скоплений (колоний) бактерий и простейших организмов, которые участвуют в очистке сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод осуществляется с целью удаления из них органических веществ, в том числе соединений азота и фосфора.

Процесс биологической очистки.

Метод биологической очистки основан на способности активного ила в определённых условиях использовать загрязняющие вещества в качестве своего питания. Множество микроорганизмов, составляющих активный ил биореактора, находясь в сточной жидкости, поглощает загрязняющие вещества внутрь клетки, где они под воздействием ферментов подвергаются биохимическим превращениям. Часто, предварительная обработка загрязнений ферментами производится снаружи клетки. При этом органические и некоторые виды неорганических загрязняющих веществ используются бактериальной клеткой в двух направлениях:

1. Биологическое окисление в присутствии кислорода до безвредных продуктов (углекислого газа и воды):

Органическое вещество + О₂ (в присутствии ферментов) ⇒ СО₂ + Н₂О + Q

где Q —  выделяющаяся  энергия, используемая клеткой для обеспечения своей жизнедеятельности (движение, дыхание, размножение и т. п.).

2. Синтез новой клетки (размножение):

Органическое вещество + N + P + Q (в присутствии ферментов) ⇒ НОВАЯ КЛЕТКА

Интенсивность и глубина протекания процессов зависит от качественного состава активного ила, разнообразия форм и видов микроорганизмов, способности их адаптации (приспособления) к конкретному составу загрязняющих веществ и условий проведения процесса.

Условия проведения процесса.

— соблюдение предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ;

— отсутствие в сточной жидкости токсичных для микроорганизмов веществ;

— достаточное количество кислорода и интенсивность аэрации;

— температурный режим должен находиться в определенных рамках;

— нагрузка на ил по количеству загрязняющих веществ должна находиться в определенных пределах (между минимально и максисмально допустимыми значениями) ;

— время контакта ила и сточной жидкости должно быть не меньше расчетного периода;

— соотношение органического углерода, биогенных элементов (азота и фосфора) и микроэлементов (медь, железо, сера и пр.) должно находиться в определенных пределах (между минимально и максисмально допустимыми значениями) ;

Контроль состояния активного ила.

Микроорганизмы являются эффективным индикатором для определения качества ила. Для осуществления контроля проводят гидробиологический анализ водно-иловой смеси методом микроскопирования (изучения биоценоза ила под микроскопом). Определяются структурные особенности биоценоза активного ила, организмы которого обладают способностью реагировать (качественным изменением и количественным распределением отдельных групп) на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения. Численное преобладание того или иного компонента биоценоза служит индикатором стабильности и эффективности технологического процесса очистки сточных вод. Данный метод позволяет определить отклонения микроорганизмов и изменение видового состава биоценоза от нормального состояния. Причем по степени таких отклонений можно не только определять состояние процесса биологической очистки и причины его отклонений от нормы, но и прогнозировать сроки и перспективы изменения его протекания.

Автоматизация.

Часто автоматизацию очистки считают избыточной. Те, кто утверждает, что автоматизация процессов очистки на МОС не нужна, что автоматизированные установки менее надёжны, чем простые установки, имеют смутное представление о биологической очистке сточных вод. В действительности под понятием надёжности МОС подразумевается стабильность протекающих биологических процессов очистки, которые являются необходимым условием эффективной работы ОС и требуемых показателей очистки сточных вод. Система должна стабильно удерживать все параметры биологического процесса в необходимых пределах, в нужное время автоматически переключаясь на необходимый режим работы. И все же, она должна быть достаточно проста и понятна для обслуживающего персонала.

Некоторые «дешевые» и «надежные» МОС на рынке Украины.

Как правило, большой «секрет» из своих технологий делают, как правило, фирмы выпускающие самые примитивные МОС. Они понимают, что подробно описав на сайте и проспектах свою технологию, многим станет ясно, что такая система работать не будет. Малые очистные сооружения с объемом не превышающим суточный приток стоков,  работают как проточные, что приводит к выбросу из отстойника активного ила при залповом поступлении на установку сточных вод. Необходимая скорость восходящего потока, для эффективного отстаивания во вторичном отстойнике, должна исчисляться долями миллиметра в секунду. А в таких установках, к примеру — при залповом поступлении сточных вод в количестве 0,1 м³/мин(опорожнение ванны), на установку производительностью 1,5 м³/сутки, скорость восходящего потока во вторичном отстойнике будет составлять более 10 мм/секунду, что приведёт к выносу активного ила из установки с последующим выходом из строя дренажной системы. Именно несанкционированными выбросами из установки избыточного активного ила с очищенными сточными водами, в таких системах «решают вопрос» удаления избыточного активного ила. После этого, конечно, можно утверждать, игнорируя общеизвестные законы природы, что избыточный ил в таких установках не образуется, или что его достаточно удалять один раз в год. В таких установках при увеличении количества поступающих сточных вод, время их обработки уменьшается, что естественно отражается на эффекте очистки.. Это одни из многих проблем таких «дешёвых, простых и надёжных» систем очистки сточных вод. К этому можно добавить ещё то, что такие установки не такие-уж и дешевые, а если к этому добавить перерасход электроэнергии в период отсутствия поступления на установку сточных вод и кольматацию (засорение)дренажной площадки, то эта дешевизна может оказаться «золотой».

При рассмотрении вопроса о возможности использовать ту или иную систему с юридической точки зрения, производители многих МОС предъявляют Санитарно-эпидемиологическое Заключение. Однако, если прочитать его внимательно, оказывается, это заключение дано на то, что сама установка соответствует санитарным нормам, но не очищаемая ею вода. И это естественно правильно, так как по действующему законодательству, разрешение на эксплуатацию очистных сооружений, может быть выдано только после того, как они введены в эксплуатацию, а природоохранные органы проанализируют работу очистных сооружений, возьмут пробы очищенной воды, проведут соответствующие анализы и выдадут заключение о соответствии данных очистных сооружений требуемым нормативам. Естественно предварительно надо получить согласование на проект во всех соответствующих инстанциях. В действительности установка одна, а условия ее эксплуатации везде разные. Это разрешение не требуется, если владелец будет сбрасывать очищенную воду в дренажную канаву на своем участке. Разрешение на сброс требуется только в том случае, если владелец очистных решит сбрасывать стоки в поверхностные водоемы различного назначения или на рельеф местности, в пределах населенного пункта или в реакционных зонах. Но в этом случае надо получить разрешение от других местных органов (администрации), а главное соседей по участку.