Проблеми проектування та експлуатації очисних споруд. Відмінні особливості.

Технологія ПЛАТОН.

Очищення малих обсягів стічних вод стає все більш актуальним. На сьогоднішній день, дуже поширене будівництво відносно невеликих (порівняно з масштабами забудов 70-х років минулого століття) житлових комплексів, котеджних містечок, ресторанно-готельних комплексів та ін. Ці об’єкти розташовані, як правило, за межею міської забудови і, як слідство віддалено від існуючих мереж міської каналізації на відстань, достатню для формування технічного завдання на будівництво локальних очисних споруд.

У цій статті йдеться про малі очисні споруди (надалі МОС) продуктивністю від 10 до 1000 м³/сут.

У Європі МОС поширені досить широко, при цьому, показники очищення для малих обсягів стічних вод суттєво нижчі за українські. Досить поглянути на порівняльну таблицю допустимих концентрацій основних забруднень, що містяться у очищеній стічній воді.

*Наведені в стовпці 2 дані справедливі для очисних споруд, що приймають стоки від об’єктів з кількістю еквівалентних жителів від 2000 до 10 000 осіб, а також для тих випадків, коли очищені стоки скидаються у водойми не піддані евтрофікації.

**Постанова Кабінету Міністрів України від 25.03. 1999р. №465 « Про затвердження правил охорони поверхневих вод від загрязнення зворотними водами» п.19

*** Значення вказані орієнтовно, оскільки нормування ГДК цих показників здійснюється місцевими органами, уповноваженими видавати дозвіл на спеціальне водокористування. (Постанова Кабінету Міністрів України від 25.03.1999р. №465 п. 19)

Як видно з таблиці, вимоги до очищення стічних вод в Україні, з часів СРСР залишилися високими, незалежно від обсягу стічних вод, що очищаються. До цього слід додати, що вартість очисних споруд знаходиться у квадратичній залежності від ефекту очищення. Іншими словами, ціна МОС з 85%-м ефектом очищення буде в 2-2,5 рази менше за МОС з 95% ефектом. У сьогоднішніх умовах такий стан справ швидше змушує шукати «інші шляхи» утилізації стоків.

Не менш пригнічує ситуація з існуючими очисними спорудами. За скиданням неочищених стоків, що утворюються від малих населених пунктів, навіть не ведеться офіційна статистика. Маючи досвід численних поїздок невеликими містечками та селами України, можемо сміливо припустити, що за найсприятливішою оцінкою понад 80% стоків скидаються або недостатньо очищеними, або зовсім без будь-якої очистки. Під “недостатньо очищеними стоками” слід розуміти, що стічні води проходять очисні споруди транзитом. У кращому разі працюють лише відстійники. Слід також зазначити, що чим менше населений пункт, тим більше ймовірність скидання неочищених стоків.

Частково це можна пояснити тим, що останніх 25 років в Україні можна назвати періодом руйнування інфраструктури комунального господарства. Найбільше не пощастило каналізаційним очисним спорудам. Якщо без води та електроенергії жити дуже складно, то без очисних споруд, якщо злегка скривитись і не дихати на повну – то можна. Аби каналізаційний колектор був справжнішим і справно працював. Все, що колись було створено, знаходиться в аварійному стані і продовжує руйнуватися.

Причин такого становища є чимало, серед них такі:

🔹 У гонитві за універсальністю та швидкістю, настільки характерними для соціалістичної планової економіки, очисні споруди часто будувалися неякісно та з неякісних матеріалів (чорний метал, «малоцементний» бетон, крихкі азбестоцементні або чавунні труби);

🔹 Чим менше населений пункт, тим більша питома вартість очищення 1м3 стоків.

🔹 Через постійне стримування зростання комунальних тарифів та мізерності місцевого бюджету малих міст та селищ, експлуатувати такий непростий об’єкт, як очисні споруди, збудовані за типовим проектом 70-х років, дуже непросто та затратно.

В результаті спостерігається наступна картина: відключені повітродувки і мулові насоси, (часто без електродвигунів, яким знайшлося інше застосування), бетон відстійників і аеротенків, що розсипається, згнили илопроводи і система аерації, неприємний запах (оскільки споруди перетворилися на ланцюжок звичайних септиків). Обслуговування припинено взагалі, персонал скорочено. Іноді можна зустріти чергового “оператора”-сторожа.

«Розуміючи ситуацію», контролюючі служби просто заплющують очі.

Якщо ще вчора капітальний ремонт та реконструкція очисних споруд вважалися актуальною проблемою, то сьогодні, в більшості випадків, буде дешевше побудувати нові.

Технологія очищення невеликих обсягів стічних вод у Радянському Союзі розвивалася слабо, оскільки наукові та проектні інститути працювали, переважно, над великими очисними спорудами, малі очисні споруди були скоріше рідкістю. Досі основним рішенням утилізації малих обсягів стоків був септик з дренажем. Геометричне зменшення великих очисних споруд виявилося неприйнятним рішенням. Для створення МОС, які забезпечують необхідні високі показники очищення, необхідний новий підхід.

Сьогодні, оскільки попит породжує пропозицію, ринок пропонує багату палітру технологічних та конструктивних рішень щодо очищення та утилізації стоків. Така ж багата і різноманітність якості одержуваного продукту (очищених стічних вод).

При виборі очисних споруд замовник враховує такі фактори:

🔹 ціна;

🔹 термін гарантії;

🔹 вартість сервісного обслуговування;

🔹 Експлуатаційні витрати (електроенергія, заробітна плата та ін.).

При цьому у замовника необхідно сформувати розуміння того, що якість та стабільність показників очищення стоків є першочерговими, а досягти цього у примітивних МОС неможливо.

Основні проблеми та відмінні особливості очищення малих об’ємів стічних вод:

1. На малі очисні споруди надходить свіжий концентрований стік, у якому кількість органіки, азоту та фосфору не відповідає оптимальному для біологічного процесу співвідношенню – 100:5:1 (органіка: азот: фосфор);
2. Можливість залпового припливу стічних вод. Часом за кілька хвилин на споруди може надійти до 25% добового надходження. Установка повинна приймати залпове скидання без винесення активного мулу з очищеними стічними водами;
3. Можливість тривалої відсутності припливу стічних вод на станцію очищення;
4. Можливість залпового скидання великої кількості синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР), що утворюється при пранні білизни;
5. Можливість залпового скидання на установку висококонцентрованих стічних вод, наприклад з кухні, при цьому БСК стоків, що надходять, на МОС може доходити до 2000 мг/л (в 5 разів вище норми і навіть більше);
6. Мінімальна участь обслуговуючого персоналу. Процес очищення повинен здійснюватись в автоматичному режимі.

Це неповний перелік проблемних питань, які необхідно вирішити під час створення технології очищення малих обсягів стічних вод. Великі очисні споруди не мають таких проблем, так як на них надходить більш-менш рівномірний стік, усереднений як за витратами стічних вод, що надходять, так і за концентраціями в них забруднень. Усереднення тут відбувається у каналізаційних мережах під час руху стоків на очисні споруди. Так само муніципальні стоки розводяться практично чистими зливовими водами, і виробничими стічними водами, в яких, як правило, на відміну від побутових стічних вод, азот і фосфор присутні в невеликих концентраціях.

Жодна міська очисна споруда не в змозі впоратися з такою концентрацією СПАР, жирів та дезінфікуючих розчинів, які надходять зі стічними водами на малі очисні споруди, наприклад, від котеджу при пранні білизни, приготуванні їжі або миття сантехніки та підлог.

Наведені складні умови очищення стічних вод на малих очисних спорудах, роблять неприйнятним конструювання їх за аналогією з великими, тим більше, шляхом їх геометричного зменшення.

Зважаючи на вищезгадані відмінності МОС від міських очисних споруд, і, насамперед, відсутність постійно присутнього персоналу, малі споруди, як правило, позбавлені громіздких вузлів механічного очищення та пісковловлювачів. Зазвичай сітчасті контейнери замінюють решітки механічної очистки, а пісковловлювач (через незначні обсяги піску, що надходить) і зовсім відсутні. Багато МОС не мають первинних відстійників, що спрощує експлуатацію, але збільшує навантаження на аеротенки (про що багато хто забуває при розрахунках вузлів біологічного очищення).

Традиційна схема очищення господарсько-побутових стоків.

Для подальшого розуміння конструктивних особливостей МОС необхідно представляти класичну (традиційну) технологію очищення побутових стоків. Існує кілька (насправді зовсім небагато) технологічних схем очищення побутових стоків.

Найбільш поширена така:

1. Механічна очистка від твердих відходів на решітках, граблях та ін.
2. Видалення піску в пісковловлювачах.
3. Освітлення стоків у вигляді відстоювання у первинних відстійниках.
4. Біологічна очистка у присутності вільноплаваючого активного мулу та розчиненого кисню в аеротенках.
5. Відділення очищеної стічної води від активного мулу у вторинних відстійниках.
6. Знезараження активним хлором із забезпеченням 30-хвилинного контакту у контактних резервуарах.

Зазвичай, особливо на очисних спорудах невеликої продуктивності, можна зустріти замість аеротенків гравійні біофільтри. Тут, активний мул стає біоплівкою, розміщеною на поверхні гравійного завантаження. Такі споруди, як правило, схильні до незворотніх забруднень і вже на 2-му році експлуатації ефективність очищення різко знижується аж до появи вторинних забруднень. Відновлення роботи таких біофільтрів – дуже трудомістке заняття. Капітальний ремонт таких споруд стає економічно недоцільним.

Спільним для всіх споруд, як малих, і великих, залишається біологічне очищення. Найчастіше, для очищення побутових стоків використовується аеробне очищення активним мулом (у присутності розчиненого кисню). Споруди, в яких здійснюється аеробне біологічне очищення, називаються аеротенками. Останнім часом, для повнішого видалення нітратів і фосфатів, набувають поширення споруди біологічної очистки, у яких присутні як аеробні зони, куди подається повітря, і анаеробні, куди повітря не подається. Такі споруди правильніше називати біореакторами. Але і в аеротенках, і в біореакторах основним агентом очищення є активний мул.

Активний мул — біоценоз скупчень (колоній) бактерій і простіших організмів, які беруть участь в очищенні стічних вод.

Біологічне очищення стічних вод здійснюється з метою видалення з них органічних речовин, у тому числі сполук азоту і фосфору.

Процес біологічної очистки.

Метод біологічної очистки заснований на здатності активного мулу в певних умовах використовувати забруднюючі речовини як своє харчування. Багато мікроорганізмів, що складають активний мул біореактора, перебуваючи в стічній рідині, поглинає забруднюючі речовини всередину клітини, де вони під впливом ферментів піддаються біохімічним перетворенням. Часто попередня обробка забруднень ферментами проводиться зовні клітини. При цьому органічні та деякі види неорганічних забруднюючих речовин використовуються бактеріальною клітиною у двох напрямках:

1. Біологічне окиснення в присутності кисню до нешкідливих продуктів (вуглекислого газу і води):

Органічна речовина + О2 (у присутності ферментів) ⇒ СО2 + Н2О + Q

де Q – енергія, що виділяється, використовувана клітиною для забезпечення своєї життєдіяльності (рух, дихання, розмноження і т. п.).

2. Синтез нової клітини (розмноження):

Органічна речовина + N + P + Q (у присутності ферментів) ⇒ НОВА КЛІТИНА

Інтенсивність та глибина протікання процесів залежить від якісного складу активного мулу, різноманітності форм та видів мікроорганізмів, здатності їх адаптації (пристосування) до конкретного складу забруднюючих речовин та умов проведення процесу.

Умови проведення процесу.

• Дотримання гранично допустимих концентрацій забруднюючих речовин;
• Відсутність у стічній рідині токсичних для мікроорганізмів речовин;
• Достатня кількість кисню та інтенсивність аерації;
• Температурний режим повинен перебувати у певних рамках;
• Навантаження на мул за кількістю забруднюючих речовин має перебувати у певних межах (між мінімально та максимально допустимими значеннями);
• Час контакту мулу та стічної рідини має бути не меншим за розрахунковий період;
• Співвідношення органічного вуглецю, біогенних елементів (азоту та фосфору) та мікроелементів (мідь, залізо, сірка та ін.) має знаходитися в певних межах (між мінімально та максимально допустимими значеннями);

Контроль за станом активного мулу.

Мікроорганізми є ефективним індикатором визначення якості мулу. Для здійснення контролю проводять гідробіологічний аналіз водно-мулової суміші методом мікроскопування (вивчення біоценозу мулу під мікроскопом). Визначаються структурні особливості біоценозу активного мулу, організми якого мають здатність реагувати (якісною зміною і кількісним розподілом окремих груп) на склад і властивості стічних вод, що очищаються, а також на умови життєзабезпечення. Чисельна перевага того чи іншого компонента біоценозу служить індикатором стабільності та ефективності технологічного процесу очищення стічних вод. Даний метод дозволяє визначити відхилення мікроорганізмів та зміну видового складу біоценозу від нормального стану. Причому за рівнем таких відхилень можна як визначати стан процесу біологічної очистки і його відхилень від норми, а й прогнозувати терміни та перспективи зміни його протікання.

Автоматизація.

Часто автоматизацію очищення вважають надмірною. Ті, хто стверджує, що автоматизація процесів очищення на МОС не потрібна, що автоматизовані установки менш надійні, ніж прості установки, мають неясне уявлення про біологічне очищення стічних вод. Насправді під поняттям надійності МОС мається на увазі стабільність біологічних процесів очищення, що протікають, які є необхідною умовою ефективної роботи ОС і необхідних показників очищення стічних вод. Система повинна стабільно утримувати всі параметри біологічного процесу у необхідних межах, у потрібний час автоматично перемикаючись на необхідний режим роботи. І все ж, вона повинна бути досить простою і зрозумілою для обслуговуючого персоналу.

Деякі «дешеві» та «надійні» МОС на ринку України.

Як правило, великий “секрет” зі своїх технологій роблять фірми, що випускають найпримітивніші МОС. Вони розуміють, що докладно описавши на сайті та проспектах свою технологію, багатьом стане ясно, що така система не працюватиме. Малі очисні споруди з обсягом, що не перевищує добовий приплив стоків, працюють як проточні, що призводить до викиду з відстійника активного мулу при залповому надходженні на установку стічних вод. Необхідна швидкість висхідного потоку для ефективного відстоювання у вторинному відстійнику повинна обчислюватися частками міліметра в секунду. А в таких установках, наприклад – при залповому надходженні стічних вод у кількості 0,1 м3/хв (наприклад: злив води з ванни), на установку продуктивністю 1,5 м3/добу, швидкість вихідного потоку у вторинному відстійнику становитиме більше 10 мм/секунду, що призведе до винесення активного мулу з установки з наступним виходом з експлуатації дренажної системи. Саме несанкціонованими викидами з установки надлишкового активного мулу з очищеними стічними водами, у таких системах вирішують питання видалення надлишкового активного мулу. Після цього, звичайно, можна стверджувати, ігноруючи загальновідомі закони природи, що надлишковий мул у таких установках не утворюється, або що його достатньо видаляти один раз на рік. У таких установках при збільшенні кількості стічних вод, що надходять, час їх обробки зменшується і це відбивається на якості очищення. Це одні з багатьох проблем таких “дешевих, простих і надійних” систем очищення стічних вод. До цього можна додати ще те, що такі установки не такі вже й дешеві, а якщо до цього додати надлишкову витрату електроенергії в період відсутності надходження на установку стічних вод і кольматацію (засмічення) дренажного майданчика, то ця дешевизна може виявитися “золотою”.

При розгляді питання можливості використовувати ту чи іншу систему з юридичної точки зору, виробники багатьох МОС пред’являють Санітарно-епідеміологічний Висновок. Але, якщо прочитати його уважно, виявляється, цей висновок дан на саму установку, яка відповідає санітарним нормам, але не на воду, яку вона повинна очищати. І це природно правильно, оскільки за чинним законодавством, дозвіл на експлуатацію очисних споруд, може бути виданий лише після того, як вони введені в експлуатацію, а природоохоронні органи проаналізують роботу очисних споруд, візьмуть проби очищеної води, проведуть відповідні аналізи та видадуть висновок про відповідно до даних очисних споруд необхідним нормативам. Тому, заздалегідь треба отримати погодження на проект у всіх відповідних інстанціях. Насправді, установка одна, а умови її експлуатації скрізь різні. Цей дозвіл не потрібен, якщо власник скидатиме очищену воду в дренажну канаву на своїй ділянці. Дозвіл на скидання потрібний тільки в тому випадку, якщо власник очисних споруд вирішить скидати стоки в поверхневі водойми різного призначення або на рельєф місцевості, у межах населеного пункту чи реакційних зонах. І в цьому випадку треба отримати дозвіл від інших місцевих органів (адміністрації), а головне – сусідів по ділянці.