Очистные сооружения сточных вод: виды и принцип работы

Очистные сооружения сточных вод: виды и принцип работы

Вступление

В связи с активным ростом населения Земли, а также продолжающимся развитием техносферы, увеличивается потребность в водных ресурсах для хозяйственно-бытовых и промышленных нужд. Так как запасы чистой воды не безграничны, а объем сбросов от предприятий и городов постоянно увеличивается, ухудшая состояние водных объектов и экосистем, приоритетным направлением остается развитие и внедрение очистных сооружений хозяйственно-бытовых, поверхностных и производственных сточных вод. В данной статье мы рассмотрим, что представляют собой очистные сооружения сточных вод, их виды и принципы работы.


Назначение очистных сооружений сточных вод

Очистные сооружения – это комплекс технологического оборудования, предназначенный для извлечения из состава сточных вод загрязняющих веществ и обеспечения требуемого качества воды при сбросе в водные объекты или канализационные сети.

Необходимость очистки сточных вод регламентируется в соответствии с законодательной базой Российской Федерации, а именно: Федеральным законом № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», согласно которому, при осуществлении хозяйственной или иной деятельности, необходимо соблюдать принцип минимизации негативного воздействия на окружающую среду посредством использования наилучших доступных технологий и соблюдения нормативных концентраций загрязняющих веществ.

Качество и количество сбрасываемых сточных вод нормируется различными законодательными актами, в зависимости от их происхождения и места сброса. Общие положения и правила при осуществлении водоотведения обозначены в Федеральном законе №416 от 07.12.2011 «О водоснабжении и водоотведении». При отведении стоков в централизованную систему водоотведения следует руководствоваться положениями постановления Правительства РФ от 29.07.2013 г. №644, а при отведении непосредственно в водный объект – приказом Министерства сельского хозяйства РФ от 13.12.2016 №552. При очистке сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов следует соблюдать Постановление Правительства РФ от 15 сентября 2020 г. № 1430.

Внедрение и корректная эксплуатация грамотно спроектированных очистных сооружений, соблюдающих положения наилучших доступных технологий в области очистки сточных вод, позволяет обеспечивать достижение нормативных показателей концентраций загрязняющих веществ, что не только снижает негативное воздействие на водные экосистемы, но и позволяет избегать регулярной платы за превышения концентраций веществ.



Классификация очистных сооружений

Очистные сооружения классифицируются на основании вида, расхода и состава очищаемых вод, поэтому сперва дадим определение понятию «сточные воды».


Понятие и виды сточных вод

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, сточными водами являются все воды, сброс в водные объекты которых осуществляется после их предварительного использования или сток которых осуществляется с водосборной площади. В общем понимании, сточными называют такие воды, состав которых был изменен в результате жизнедеятельности человека. Состав и свойства образующихся сточных вод сильно зависят от их происхождения. По источнику образования сточные воды могут подразделяться на:

  • производственные;
  • хозяйственно-бытовые;
  • поверхностные, включая инфильтрационные и дренажные.

Первые образуются в результате технологических процессов, протекающих на предприятиях и производствах, вследствие чего характеризуются значительной неравномерностью поступления (в зависимости от циклов производства) и большой вариативностью загрязняющих веществ (в зависимости от сектора промышленности), а также их концентраций. В Таблице 1 представлены возможные превышения концентраций загрязняющих веществ по показателям, характерным для определенного типа промышленности.



Назначение очистных сооружений сточных вод


Вид производства Характерные загрязняющие вещества

Нефтехимические и нефтеперерабатывающие производства

Фенолы, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ), продукты нефтепереработки, тяжелые металлы и взвешенные частицы

Текстильные производства

Взвешенные вещества, высокий pH, соли тяжелых металлов, различные красители, высокая цветность

Целлюлозно-бумажные производства

Фенолы, формальдегиды, взвешенные вещества, мутность, цветность, ХПК, БПК

Мясоперерабатывающие комбинаты и птицефабрики

Фосфаты, кератины, нитраты, ХПК, БПК, патогенные микроорганизмы

Сельскохозяйственные предприятия

Патогенные микроорганизмы, аммоний-ион, нитраты, фосфор

Как видно из таблицы, производственные сточные воды, помимо превышений по концентрациям таких интегральных показателей как химическое и биохимическое потребление кислорода (ХПК и БПК), могут отличаться превышениями по специфическим загрязняющим веществам – тяжелым металлам, нефтепродуктам, фенолам, формальдегидам, синтетическим поверхностно-активным веществам (СПАВ), сульфатам, хлоридам и другим анионам.

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в результате жизнедеятельности человека и, в отличие от производственных, характеризуются более стабильным и прогнозируемым составом загрязняющих веществ. При отсутствии данных лабораторных исследований, приблизительный состав данного типа вод может быть рассчитан на основании положений СП 32.13330.2018 при известных данных о количестве жителей, подключенных к системе водоотведения, и расходе сточных вод (Табл. 2).


Таблица 2. Количество загрязняющих веществ, приходящихся на одного жителя, подключенного к системе водоотведения


Показатель Количество загрязняющих веществ на 1 жителя, г/сут

Взвешенные вещества

67

БПК5

60

ХПК

120

Азот общий

11,7

Азот аммонийных солей

8,8

Фосфор общий

1,8

Фосфор фосфатов

1,0

Для данного типа вод характерны превышения концентраций по ХПК и БПК, жирам, СПАВ и биогенным элементам – соединениям азота и фосфора. Кроме того, данный тип вод отличается большим количеством различных микроорганизмов, в том числе, патогенных, что обуславливает нормирование по микробиологическим показателям. Характер загрязнения формируют биологические отходы населения, органические вещества животного и растительного происхождения, а также применяемая бытовая химия.


Поверхностные сточные воды включают объем выпадающих атмосферных осадков (дождь и талый снег), а также отводимые с территорий дренажные воды. При износе канализационных сетей также возможно попадание инфильтрационных сточных вод (через механические повреждения трубопроводов) в сети. На объем и состав образующихся поверхностных сточных вод сильное влияние оказывает множество факторов, среди которых: вид поверхности на площади стока, климатические условия, степень антропогенного воздействия на нижние слои атмосферы, уровень развития и состояние инфраструктуры. Однако в большинстве случаев данный тип вод характеризуется повышенными концентрациями взвешенных веществ и нефтепродуктов вследствие смывания данных загрязнений с поверхностей площади стока (крыш, асфальтобетонных покрытий, мест стоянок и проезжих участков). Попадание инфильтрационных сточных вод в канализационные сети вызывает повышение концентрации железа и иных металлов, что обусловлено коррозией металла сетей и фоновыми значениями концентраций в подземных водах.


I. Классификация на основании источника образования сточных вод

На основании источника образования поступающих на очистку сточных вод выделяют следующие виды сооружений очистки:

1. Ливневые очистные сооружения (ЛОС)

Сооружения для очистки ливневых стоков предназначены для удаления из дождевой или талой воды песка, пыли, нефтепродуктов, тяжелых металлов и поверхностно-активных веществ, входящих в состав моющих средств.


Cхема ЛОС

В большинстве случаев состав ЛОС является типовым и включает следующее оборудование:

  • Песколовка

    Это первый этап очистки, на котором происходит отделение наиболее грубодисперсных минеральных и органических частиц (песок и крупные органические включения). Песколовки могут быть горизонтальными, вертикальными или тангенциальными.

  • Нефтеловушка

    На втором этапе происходит удаление из состава сточных вод нефтепродуктов и масел, смываемых дождем с асфальтобетонных покрытий. Для этого используются различные типы нефтеловушек, например, гравитационные, флотационные или центробежные. Зачастую устанавливают коалесцентные или тонкослойные модули, способствующие увеличению эффективности удаления загрязняющих веществ.

  • Биореактор

    Данный этап предназначен для удаления из воды органических загрязнений под действием окислительной способности микроорганизмов активного ила.

  • Сорбционные загрузки и фильтры

    Следующим этапом очистки является фильтрация на зернистой загрузке. В результате задерживания загрязняющих веществ в объеме фильтрующего материала, а также их сорбции на поверхности загрузки, достигается требуемое качество воды на выходе из очистных сооружений.

    Сооружения для очистки ливневых стоков могут иметь различное исполнение, в зависимости от их производительности, типа загрязнений и требований к качеству очищенной воды. Однако наиболее распространены ЛОС модульного типа с подземным размещением основного оборудования в стеклопластиковых емкостях.

2. Промышленные очистные сооружения

Очистные сооружения производственных сточных вод, ввиду большой вариативности загрязняющих компонентов, а также значительных колебаний расходов поступающих вод, могут включать различное оборудование, базирующееся на различных методах и технологиях очистки сточных вод.


Модульные очистные сооружения ДекаПроф в п. Каложицы Ленинградской обл.

Выбор метода очистки всегда осуществляется индивидуально, исходя из полученных данных на стадии изысканий и проектирования. Однако, технологические схемы очистки производственных сточных вод, как правило, основаны на четырех базовых методах очистки: физических, химических, физико-химических и биологических.

Один и тот же метод может применяться как для предварительной, так и для финишной очистки. В зависимости от характеристик сточных вод, порядок применения методов может значительно варьироваться. Тем не менее, большинство технологических схем очистки придерживаются общего принципа удаления загрязняющих компонентов от более крупных и легких к более мелким и растворимым.

В большинстве случаев, для соблюдения нормативных показателей по загрязняющим веществам, необходимо сочетать различные методы, процессы и технологии очистки. Типовая схема очистки может включать блоки предварительной механической очистки, основной очистки и доочистки, а также дополнительные блоки обработки осадка, приготовления и дозирования реагентов, УФ-обеззараживания. Каждый из этих блоков выполняет свою функцию и ориентирован на определенные компоненты системы.

3. Канализационные очистные сооружения (КОС) хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод

Рассмотрим состав КОС на примере модульной станции биологической очистки «ДекаПроф-500», установленной в г. Енакиево.

Установка биологической очистки «ДекаПроф-500» представляет собой комплект модульных сооружений, поставляемых на объект в полной заводской готовности со смонтированным технологическим оборудованием, оснащенное системами электроснабжения и автоматизации, отопления, освещения, вентиляции, пожарно-охранным комплексом, системой контроля доступа.


Модульные очистные сооружения «ДекаПроф» в г. Енакиево

Работа установки очистки сточных вод «ДекаПроф-500» возможна как в автоматическом, так и в ручном режимах. В комплект установки входят следующие модульные сооружения:

  • Модуль механической очистки – модульное сооружение наземного исполнения в полной заводской готовности со смонтированным технологическим оборудованием, оснащенное системами электроснабжения и автоматизации, отопления, освещения, вентиляции, пожарно-охранным комплексом, системой контроля доступа.

  • Модуль усреднения стоков – модульное сооружение подземного исполнения в полной заводской готовности со смонтированным технологическим оборудованием.

  • Модуль биологической очистки – модульное сооружение наземного исполнения в полной заводской готовности со смонтированным технологическим оборудованием, оснащенное системами электроснабжения и автоматизации, отопления, освещения, вентиляции, пожарно-охранным комплексом, системой контроля доступа.

Сточные воды от канализационной насосной станции (КНС) объекта водоотведения поступают на предварительную механическую очистку в модуль механической очистки установки «ДекаПроф-500».

В модуле механической очистки сточные воды последовательно проходят решетку грубой очистки, предназначенную для предварительной механической очистки сточных вод и песколовку, предназначенную для улавливания, сепарации и обезвоживания песка, содержащегося в сточных водах. Образующийся в процессе очистки песок и отходы с решетки собираются в передвижные контейнеры.

После модуля механической очистки, очищаемые сточные воды поступают в модуль усреднения стоков, состоящий из двух резервуаров-усреднителей и КНС. Усреднители предназначены для выравнивания концентраций загрязняющих веществ в сточной воде, поступающей на очистку, и образующихся в процессе очистки возвратных потоках, и позволяют обеспечить равномерную гидравлическую нагрузку на последующие сооружения биологической очистки и доочистки. Для предупреждения осаждения взвешенных веществ в усреднителях установлены перемешивающие устройства. После усреднителей очищаемый сток поступает в промежуточную КНС.

После модуля усреднения стоков, сточные воды подаются в модули биологической очистки. В каждом модуле биологической очистки сточные воды последовательно проходят решетку тонкой очистки, предназначенную для удаления мелких механических загрязнений минерального и органического происхождения, мембранный биореактор, предназначенный для биологической очистки сточных вод и установку УФ-обеззараживания очищенных сточных вод.

Для удаления из сточной воды фосфатов применяется реагентный метод обработки раствором коагулянта, который осуществляется путем ввода раствора реагента перед решеткой тонкой очистки.

Образовавшийся в процессе биологической очистки избыточный активный ил подается насосом на обезвоживание на шнековый обезвоживатель. Для улучшения водоотдачи в приемную камеру шнекового обезвоживателя вводится реагент – флокулянт. Иловая вода, образующаяся в процессе обезвоживания осадка, направляется в ГКНС.

Осадок, обезвоженный на шнековом обезвоживателе до влажности 80%, сбрасывается в передвижной контейнер. После накопления определенного количества обезвоженный осадок вывозят на полигон бытовых отходов.

Очищенные и обеззараженные сточные воды после двух установок очистки сточных вод «ДекаПроф-500» отводятся на выпуск в водный объект.


II. Классификация на основании производительности сооружений

Очистные сооружения также можно классифицировать на основании их производительности и расхода поступающих на очистку сточных вод. Например, согласно Постановлению Правительства РФ от 15.09.2020 №1430, очистные сооружения централизованных систем водоотведения поселений и городских округов подразделяются в зависимости от мощности на:

Сверхкрупные очистные сооружения свыше 600000 м3/сут

Крупнейшие очистные сооружения

200001 – 600000 м3/сут

Крупные очистные сооружения

40001 – 200000 м3/сут

Большие очистные сооружения

10001 – 40000 м3/сут

Средние очистные сооружения

4001 – 10000 м3/сут

Небольшие очистные сооружения

1001 – 4000 м3/сут

Малые очистные сооружения

101 – 1000 м3/сут

Сверхмалые очистные сооружения

10 – 100 м3/сут


III. Классификация на основании места размещения

В зависимости от местоположения очистных сооружений выделяют:

  • Локальные. Предназначены для очистки сточных вод абонента до их отведения в централизованную систему водоотведения. Размещаются непосредственно на территории предприятия или иного источника образования сточных вод.

  • Городские. Обеспечивают очистку смешанных городских сточных вод (хозяйственно-бытовых, а также ливневых и производственных после их предварительной очистки на локальных очистных сооружениях). Являются финальной точкой сбора и очистки всего объема отводимых от городских поселений сточных вод.

  • Бытовые. Устанавливаются на территории частных загородных владений, дач, коттеджей и обеспечивают очистку хозяйственно-бытовых сточных вод от физических лиц по месту их образования. К данному типу сооружений относятся различные виды автономных канализаций, включающие септики, жироуловители и установки биологической очистки, соответствующие ГОСТ Р 70707-2023 (например, установки BioDeka, Optima, Genesis).

В настоящей статье мы привели три классификации очистных сооружений и рассмотрели основные конструктивные и технологические особенности каждого из видов.


Заключение

Несмотря на то, что общей задачей всех очистных сооружений является очистка и нейтрализация сточных вод от различных источников, существует множество нюансов при их проектировании. Определение производительности и оценка пропускной способности сооружений осуществляется на основании суммарных расходов поступающих на очистку сточных вод. Выбор технологии и состав оборудования определяется на основании источника образования сточных вод и их состава. Конструктивное исполнение и расположение станций очистки диктуется климатическими условиями и характерными особенностями выделенного под строительство участка.

Разработка проектного решения, удовлетворяющего всем нормативным требованиям, должна основываться на индивидуальном подходе в каждом конкретном случае, включающем детальное изучение исходных данных и результатов проектно-изыскательских работ.

Специалисты производственной компании «Дека» обладают всеми необходимыми компетенциями для реализации самых сложных проектов по очистке сточных вод.

Оставьте заявку

Оформите заявку на консультацию. Наши специалисты свяжутся с вами в ближайшее время и ответят на все интересующие вопросы.

Другие статьи

24
июня 2024
Публикация в профессиональном издании по водоснабжению и очистке сточных вод НДТ №3'2024
Публикация в профессиональном издании по водоснабжению и очистке сточных вод НДТ №3'2024
Статья посвящена современной отечественной практике очистки сточных вод с помощью мембран.
18
января 2024
Методы очистки сточных вод
Методы очистки сточных вод
В настоящей статье рассмотрены основные методы и технологии очистки сточных вод, каждые из которых имеют свои преимущества и недостатки, а также различные условия эксплуатации.
17
января 2024
Механические методы очистки сточных вод
Механические методы очистки сточных вод
Механические методы очистки сточных вод являются эффективным решением по удалению из состава сточных вод крупных включений и мусора, а также наиболее грубодисперсных частиц минерального и органического происхождения, и обладают большой вариативностью применяемого оборудования различного действия и конструкции.