Очистные сооружения: что такое очистка сточных вод? Канализационные очистные сооружения ОС, КОС, БОС
Водоотведе́ние – комплекс технологических процессов, инженерных сооружений и оборудования для отвода сточных, ливневых и талых вод из населённых пунктов, объектов промышленности, аграрного хозяйства и транспортной инфраструктуры.
Водоотведение следует рассматривать в двух аспектах – собственно отвод сточной воды от места образования к месту сброса и очистка сточной воды перед сбросом в водный объект .
История развития водоотведения в России относительно молодая – не более двух столетий назад с появлением малоэтажного строительства и плотной городской застройки на улицах появились золотари – профессиональные сборщики нечистот, которые в бочках вывозились за пределы города. На смену золотарскому делу пришла канализационная сеть для сброса нечистот, т. е. хозяйственных и бытовых сточных вод в протекающую через город реку . Водоотведение в водный объект сначала осуществлялось без очистки, к концу XIX в. с очисткой на полях фильтрации и только в 30-х гг. XX в. в России, а именно в Москве, появляются высокотехнологичные очистные сооружения городской канализации. Общим и неукоснительным требованием к водоотведению было место строительства очистных сооружений и, соответственно, к точке выпуска очищенных сточных вод в реку – всегда ниже города за пределами плотного проживания населения. В эпоху интенсивного гражданского строительства и урбанизации населения России этот принцип строительства стал нарушаться: к примеру, Москва охватила все свои очистные сооружения и выпуски сточных вод плотной жилой застройкой. Это практикуется и в других городах России.
Сточные воды или стоки городов чрезвычайно разнообразны по составу и санитарно-экологической опасности; их можно классифицировать, разделив на семь групп:
Из рассмотренных типов сточных вод выведены жидкие радиоактивные отходы, которые изолируются и подлежат специальной очистке и захоронению радиоактивного концентрата.
Внутри каждой группы состав и свойства сточных вод очень разнообразны.
Методы очистки сточных вод
Доведение сточных вод до нормативных показателей по составу загрязняющих веществ осуществляется на очистных сооружениях при помощи различных технологических этапов очистки, среди которых выделяют следующие:
- механическая очистка – первичная стадия технологического процесса очистки сточных вод, на которой удаляются крупнодисперсные загрязняющие вещества (твёрдые примеси) в ходе процессов отстаивания, фильтрации или флотации. Грубодисперсные частицы удаляются решётками, ситами, песколовками, жироловками, нефтеловушками, отстойниками и иными инженерными сооружениями;
- химическая очистка – в сточные воды добавляются различные химические реагенты, вступающие в реакцию с загрязняющими веществами. К таким реакциям относятся окисление и восстановление; реакции, приводящие к образованию соединений, выпадающих в осадок; реакции, сопровождающиеся газовыделением;
- физико-химическая очистка – в ходе этих процессов из состава сточных вод удаляются тонкодисперсные, растворённые неорганические и органические вещества. К данной группе относятся такие технологии, как электролиз и электрокоагуляция, коагуляция, флокуляция и др.;
- биологическая очистка основывается на способности микроорганизмов использовать органические загрязняющие вещества в качестве источника питания, приводя к полному (минерализация) или частичному разрушению структуры веществ, т. е. их удалению. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться в биопрудах, полях фильтрации, аэротенках (резервуарах с принудительной аэрацией и высокой плотностью сообществ микроорганизмов, простейших, беспозвоночных), мембранных биореакторах.
Очистные сооружения
В России прямая ответственность за выбор технологии очистки возлагается на эксплуатирующие организации, именуемые в нашей стране «водоканалами». Термин этот является производным от двух слов: водоснабжение и канализация. Подобное сочетание двух разных по роду деятельности производств нехарактерно для стран ЕС, США и Канады. Водоснабжение – это производство и поставка товара (чистой питьевой воды); канализация, т. е. водоотведение – это оказание санитарно-гигиенических и природоохраных услуг.
Одними из крупнейших очистных сооружений в мире являются очистные сооружения, обслуживающие Москву. Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения способны отводить соответственно 3,125 и 3,0 млн м 3 сточных вод ежесуточно. Очистные сооружения большей мощности находятся лишь в Китае и нескольких городах США.
Влияние на водные объекты
Каждая выделенная группа сточных вод оказывает влияние на экологическую ситуацию в водном объекте – приёмнике. Локальные последствия водоотведения загрязнённых сточных вод могут стать экологической и санитарной проблемой крупных речных бассейнов и морского побережья.
Так, например, мегаполис Москва с фактической численностью людей, одновременно находящихся в городе, около 18–20 млн человек оказывает определяющее влияние на качество воды в Окско-Волжском бассейне. В настоящее время половина расхода р. Москвы – это городские сточные воды, включая поверхностный сток.
Сброс сточных вод населённых пунктов в малые реки часто полностью формирует состав и расход воды в реке. Например, расход воды в р. Десне увеличивается с 0,92 до 1,66 м 3 /с после сброса сточных вод Южнобутовских очистных сооружений (ОС), в р. Пехорке – с 1,16 до 8,40 м 3 /с после Люберецких ОС, в р. Сходне – с 1,85 до 2,70 м 3 /с после Зеленоградских ОС.
Качество сточных вод
Очистные сооружения коммунальной канализации городов РФ в настоящее время в силу ряда причин не способны полностью выполнять свою основную функцию – очищать сточные воды с доведением до нормативных показателей. В РФ на 2011 г. общий объём сбросов сточных вод составил 48095 млн м 3 , из которых только 3,8% являются нормативно очищенными и 33% (15966 млн м 3) загрязнёнными (в том числе 6,86% сброшены вообще без очистки). На долю очистных сооружений коммунальной канализации приходится более 60% сбросов сточных вод в водные объекты и лишь 13–15% их относятся к нормативно очищенным.
Несмотря на тенденцию к сокращению объёмов загрязнённых сточных вод, это не приводит к улучшению качества сточных вод.
Основные проблемы очистки сточных вод в РФ
Если в крупнейших городах планомерно происходит решение проблем водоотведения, то в средних, малых и в большинстве крупных населённых пунктов очистные сооружения городской канализации находятся в состоянии упадка. Основные причины низкой эффективности работы очистных сооружений: отсутствие бюджетных средств на реконструкцию и модернизацию очистных сооружений; несоблюдение технологического режима их эксплуатации; несоответствие состава поступающих сточных вод технологиям очистки; значительный физический износ действующих очистных сооружений.
Г.В. Аджиенко, В.Г. Аджиенко
The Village продолжается рассказывать, как устроено то, чем горожане пользуются каждый день. В этом выпуске - система канализации. После того как мы нажимаем кнопку смыва на унитазе, закрываем кран и отправляемся по своим делам, водопроводная вода превращается в сточную и начинает свой путь. Чтобы снова попасть в Москву-реку, ей нужно пройти километры канализационных сетей и несколько этапов очистки. Как это происходит, The Village узнал, побывав на городских очистных сооружениях.
По трубам
В самом начале вода попадает во внутренние трубы дома диаметром всего 50–100 миллиметров. Дальше идет по сети чуть шире - дворовые, а оттуда - в уличные. На границе каждой дворовой сети и в месте перехода ее в уличную установлен смотровой колодец, через который можно следить за работой сети и прочищать при необходимости.
Протяженность городских канализационных труб в Москве больше 8 тысяч километров. Вся территория, по которой проходят трубы, делится на части–бассейны. Участок сети, который собирает сточную воду из бассейна, называют коллектором. Его диаметр достигает трех метров, это вдвое больше, чем труба в аквапарке.
В основном в силу глубины заложения и естественного рельефа территории вода течет по трубам сама, но в некоторых местах требуются насосные станции, всего в Москве их 156.
Сточная вода поступает на один из четырех очистных сооружений. Процесс очистки непрерывен, а пики гидравлической нагрузки приходятся на 12 часов дня и 12 часов ночи. Курьяновские очистные сооружения, которые находятся около Марьина и считаются одними из самых крупных в Европе, принимают воду с южной, юго-восточной и юго-западной частей города. Стоки из северной и восточной частей города поступают на очистные в Люберцы.
Очистные
Курьяновские очистные сооружения рассчитаны на 3 миллиона кубометров сточных вод в сутки, но поступает сюда только полтора. 1,5 миллиона кубометров - это 600 олимпийских бассейнов.
Раньше это место называлось станцией аэрации, она была запущена в декабре 1950 года. Сейчас очистным 66 лет, и 36 из них здесь проработал Вадим Гелиевич Исаков. Он пришел сюда мастером одного из цехов и стал начальником технологического отдела. На вопрос, рассчитывал ли провести на таком месте всю жизнь, Вадим Гелиевич отвечает, что уже и не помнит, так давно это было.
Исаков рассказывает, что станция состоит из трех блоков по очистке. Кроме того, здесь есть целый комплекс сооружений по обработке осадков, которые образуются в процессе.
Механическая очистка
Мутная и зловонная сточная вода приходит на очистные теплой. Даже в самое холодное время года ее температура не опускается ниже плюс 18 градусов. Сточные воды встречает приемно-распределительная камера. Но что происходит там, мы не увидим: камеру полностью закрыли, чтобы не распространялся запах. Кстати, пахнет на огромной (почти 160 гектаров) территории очистных вполне сносно.
После этого начинается этап механической очистки. Здесь на специальных решетках задерживается мусор, который приплыл вместе с водой. Чаще всего это тряпье, бумага, средства личной гигиены (салфетки, памперсы), а еще пищевые отходы - например, картофельные очистки и куриные кости. «Чего только не встретишь. Бывало, что приплывали кости и шкуры с мясоперерабатывающих производств», - с содроганием говорят на очистных. Из приятного - только золотые украшения, хотя очевидцев такого улова мы не нашли. Лицезреть сорозадерживающую решетку - самая ужасная часть экскурсии. Помимо всякой гадости, в ней застряло много-много кружочков лимонов: «По содержимому можно время года угадывать», - отмечают сотрудники.
Со сточными водами приходит много песка, и, чтобы он не оседал на сооружениях и не забивал трубопроводы, его удаляют в песколовках. Песок в жидком виде поступает на специальный участок, где отмывается технической водой и становится обычным, то есть пригодным для благоустройства. Очистные используют песок для собственных нужд.
Завершается этап механической очистки в первичных отстойниках. Это большие резервуары, в которых из воды удаляется мелкая взвесь. Сюда вода приходит мутной, а уходит осветленной.
Биологическая очистка
Начинается биологическая очистка. Она происходит в сооружениях, которые называются аэротенками. В них искусственно поддерживается жизнедеятельность сообщества микроорганизмов, которые называют активным илом. Органические загрязнения в воде - самая желанная пища для микроорганизмов. В аэротенки подается воздух, который не дает илу осесть, чтобы тот контактировал со сточной водой как можно больше. Так продолжается восемь-десять часов. «В любом естественном водоеме происходят аналогичные процессы. Концентрация микроорганизмов там в сотни раз ниже, чем создаем мы. В естественных условиях это бы длилось недели и месяцы», - говорит Исаков.
Аэротенк представляет собой прямоугольный резервуар, разделенный на секции, в которых сточная вода вьется змейкой. «Если посмотреть в микроскоп, то там все ползает, шевелится, движется, плавает. Заставляем их работать на наше благо», - говорит наш проводник.
На выходе из аэротенков получается смесь очищенной воды и активного ила, которые теперь нужно отделить друг от друга. Эта задача решается во вторичных отстойниках. Там ил оседает на дне, собирается илососами, после чего 90 % возвращается в аэротенки для непрерывного процесса очистки, а 10 % считается избыточным и утилизируется.
Возвращение в реку
Биологически очищенная вода проходит третичную очистку. Для проверки она процеживается через очень мелкое сито, а после сбрасывается в выводной канал станции, на котором стоит блок ультрафиолетового обеззараживания. Обеззараживание ультрафиолетом - четвертый и последний этап очистки. На станции вода делится на 17 каналов, каждый из которых просвечивается лампой: вода в этом месте приобретает кислотный оттенок. Это современный и самый большой в мире подобный блок. Хотя по старому проекту его не было, раньше воду хотели обеззараживать жидким хлором. «Хорошо, что до этого не дошло. Мы бы все живое в Москве-реке погубили. Водоем был бы стерильный, но мертвый», - говорит Вадим Гелиевич.
Параллельно с очисткой воды на станции разбираются с осадком. Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил проходят совместную обработку. Они поступают в метантенки, где при температуре плюс 50–55 градусов почти неделю идет процесс сбраживания. В результате осадок теряет способность загнивать и не выделяет неприятного запаха. Затем этот осадок перекачивается на обезвоживающие комплексы за пределами МКАД. «30–40 лет назад осадок сушился на иловых площадках в естественных условиях. Процесс этот длился от трех до пяти лет, сейчас же обезвоживание мгновенное. Сам по себе осадок - это ценное минеральное удобрение, в советские времена он пользовался популярностью, совхозы с удовольствием его брали. Но сейчас он стал никому не нужен, а за утилизацию станция платит до 30 % от общих затрат на очистку», - говорит Вадим Гелиевич.
Треть осадка распадается, превращаясь в воду и биогаз, что позволяет экономить на утилизации. Часть биогаза сжигается в котельной, а часть направляется на комбинированную теплоэлектростанцию. Теплоэлектростанция - не рядовой элемент очистных сооружений, а скорее полезное дополнение, которое дает очистным относительную энергонезависимость.
Рыбы в канализации
Раньше на территории Курьяновских очистных находился инженерный центр со своей производственной базой. Сотрудники ставили необычные эксперименты, например разводили стерлядь и карпа. Часть рыб жила в водопроводной воде, а часть в канализационной, которая прошла очистку. Сейчас же рыба водится только в сбросном канале, там даже висят таблички «Лов рыбы запрещен».
После всех процессов очистки вода по сбросному каналу - небольшой речке длиной 650 метров - идет в Москву-реку. Здесь и везде, где процесс идет под открытым небом, на воде плавает много чаек. «Процессам они не мешают, но портят эстетический внешний вид», - уверен Исаков.
Качество очищенных сточных вод, выпускаемых в реку, намного лучше воды в реке по всем санитарным показателям. Но пить такую воду без кипячения не рекомендуется.
Объем очищенных сточных вод равен примерно трети всей воды в Москве-реке выше сброса. Если бы очистные вышли из строя, населенные пункты ниже по течению оказались бы на грани экологической катастрофы. Но такое практически невозможно.
ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД.
Очистные сооружения сточных вод, как следует из самого названия, предназначены для очистки сточной воды . Основное их назначение – очистка сточных вод до уровня, пригодного для дальнейшего использования. Способы очистки сточных вод разнообразны и зависят от типа сточных вод, загрязняющих факторов и уровня загрязнения.
Очистка - обработка с целью разрушения или удаления из сточной воды вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения представляет собой достаточно сложный процесс, который можно сравнить с производством. В нем имеется исходное сырье (сточная вода) и готовая продукция (очищенная вода).
Очистные сооружения сточных вод устанавливаются на стоки различных типов.
Хозяйственно-бытовые стоки – образованы в результате жизнедеятельности человека. Стоки идут из сантехнических приборов (умывальников, моек, унитазов и пр.) жилых зданий, учреждений, общественных зданий . Хозяйственно-бытовые стоки опасны тем, что являются питательной средой для болезнетворных бактерий.
Производственные стоки – образуются на предприятиях. Категория характеризуется возможным наличием разнообразных примесей, некоторые из которых значительно затрудняют процесс очистки. Очистные сооружения промышленных сточных вод обычно сложны по конструкции, имеют несколько ступеней очистки. Состав таких сооружений подбирается в соответствии с составом стоков. Промышленные сточные воды могут быть токсичными, кислотными, щелочными, имеющими механические примеси.
Ливневые стоки – из-за способа образования называются также поверхностными. Стоки данного типа – это жидкость, собирающаяся на крышах, дорогах, площадях при выпадении осадков. Очистные сооружения ливневых сточных вод обычно включают несколько ступеней и способны удалять из жидкости примеси различного типа, в основном это механическая и сорбционная очистка. Ливневые стоки – наименее опасные и наименее загрязненные из всех.
Системы очистки воды жизненно необходимы для населенных пунктов. Последствия сброса неочищенных стоков губительны для природы. Грязная вода, попавшая в водоем , разрушает устоявшуюся экосистему: происходит гибель водных растений, микроорганизмов, рыб, отравление почвы. Ущерб наносится домашним животным, а в конечном итоге – и здоровью людей.
В 2010 году было установлено современное оборудование - фильтр-прессы. Благодаря новым агрегатам увеличился объем обработанного осадка.
Курьяновские очистные сооружения (КОС) проектной мощностью 2,2 млн.м 3 /сут , являющиеся крупнейшими в Европе, обеспечивают прием и очистку хозбытовых и промышленных сточных вод северо-западного, западного, южного, юго-восточного районов Москвы (60% территории города) и, кроме того, ряда городов и населенных пунктов Подмосковья.Состав КОС включает в себя три самостоятельно функционирующих блока по очистке сточных вод: старая станция (КОСст.) с проектной производительностью 1,0 млн. м 3 в сутки, I-й блок Новокурьяновских очистных сооружений (НКОС-I) – 600 тыс. м 3 в сутки и II-й блок Новокурьяновских очистных сооружений (НКОС-II) – 600 тыс. м 3 в сутки.
КОС работают по технологической схеме полной биологической очистки, в том числе на реконструированных сооружениях НКОС-I и НКОС-II с удалением биогенных элементов: первая ступень – механическая очистка, включающая процеживание воды на решетках, улавливание минеральных примесей в песколовках и отстаивание воды в первичных отстойниках; вторая ступень – биологическая очистка воды в аэротенках и вторичных отстойниках. Часть биологически очищенных сточных вод подвергается доочистке на скорых фильтрах и используется для нужд промышленных предприятий вместо водопроводной воды.
Со сточными водами на КОС поступает большое количество различных видов отбросов: предметы быта горожан, отбросы пищевых производств, пластиковая тара и полиэтиленовые пакеты, а также строительный и прочий мусор. Для их удаления на КОС используются механизированные решетки с прозорами 10 мм.
Второй ступенью механической очистки сточных вод являются песколовки - сооружения, служащие для удаления минеральных примесей, содержащихся в поступающей воде. К минеральным загрязнениям, находящимся в сточных водах, относятся: песок, глинистые частицы, растворы минеральных солей, минеральные масла. На КОС эксплуатируются различные типы песколовок – вертикальные, горизонтальные и аэрируемые.
Пройдя первые две ступени механической очистки, сточные воды поступают в первичные отстойники, предназначенные для осаждения из сточной воды нерастворенных примесей. Конструктивно все первичные отстойники на КОС открытого типа и имеют радиальную форму, при различных диаметрах – 33, 40 и 54 м.
Осветленная сточная вода после первичных отстойников подвергается полной биологической очистке в аэротенках. Аэротенки – открытые железобетонные сооружения прямоугольной формы, 4-х коридорного типа. Рабочая глубина аэротенков старого блока составляет 4 м, аэротенков НКОС – 6 м. Биологическая очистка сточных вод осуществляется с помощью активного ила при принудительной подаче воздуха.
Иловая смесь из аэротенков поступает во вторичные отстойники, где происходит процесс разделения активного ила от очищенной воды. Вторичные отстойники конструктивно подобны первичным отстойникам.
Весь объем сточной воды, очищенной на КОС, поступает на сооружения доочистки. Производительность отделения процеживания составляет 3 млн. м 3 /сут, что позволяет весь объем биологически очищенной воды пропустить через плоские щелевые сита. Часть воды после процеживания проходит фильтрацию на скорых фильтрах и используется для технических нужд в качестве оборотного водоснабжения.
Начиная с 2012 года все сточные воды, прошедшие полный цикл очистки на Курьяновских очистных сооружениях, подвергаются ультрафиолетовому обеззараживанию перед сбросом в р.Москва (производительность 3 млн.м 3 /сут). Благодаря чему показатели бактериальной загрязненности биологически очищенной воды КОС достигли нормативных значений, что благотворно сказалось на качестве воды р.Москвы и санитарно-эпидемиологического состояния акватории в целом.
Осадки, образующиеся на различных этапах очистки сточных вод, поступают на единый комплекс по обработке осадка, в составе которого входят:
- ленточные сгустители для снижения влажности осадка,
- метантенки для сбраживания и стабилизации осадка в термофильном режиме (50-53 0 С),
- декантерные центрифуги для обезвоживания осадка с применением флокулянтов.
Обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях обезвреживания/утилизации и/или использования для производства готовой продукции.
В зависимости от сточных вод, поступающих в канализационную сеть, городские канализации подразделяются на общесплавную и раздельную.
В первом случае талые и дождевые воды поступают в систему канализации вместе с бытовыми сточными водами. При раздельной канализации талые и дождевые воды направляются по отдельно прокладываемым водостокам (ливневкам) без очистки в открытые водоемы (пруды, реки, озера и т. д.).
Раздельный вид канализации является наиболее распространенным способом, который требует меньших трудозатрат и материальных расходов. Сточные воды из городских зданий направляются в дворовые линии, а затем в городские трубы канализации, которые присоединены к канализационному коллектору города. Для движения стоков трубы прокладываются с уклоном и постепенным заглублением в землю. В случае, если уровень заглубления превышает уровень водоема или реки, в которую выпускаются стоки, то в конце коллектора устанавливается станция перекачки с фекальными насосами, которые перекачивают стоки на очистные сооружения городской канализации по напорному коллектору.
Методы очистки городских стоков
Методы очистки зависят от состава стоков, поэтому они весьма разнообразны. В системе городской канализации первый этап – это механическая очистка в песколовках, решетках и отстойниках, в которых задерживаются загрязнения, нерастворенные в сточных водах.
Осадки (ил), накапливающиеся в отстойниках, перегнивают в метантенках. Перегнивание здесь ускоряется с помощью подогрева и перемешивания осадков. Выделяющийся во время перегнивания газ метан используется в качестве топлива для нужд станций. Обезвоженный, перегнивший и подсушенный ил используется как удобрение.
Следующим этапом очистки стоков является биологическая очистка - с помощью микроорганизмов, питающихся при наличии кислорода органическими загрязнениями, которые содержатся в стоках.
Существует 2 вида биологической очистки:
* естественные. В этом случае стоки пропускаются через подготовленную специально для этих целей почву,- на полях орошения или фильтрации;
* искусственные очистные сооружения городской канализации в аэротенках - специальных резервуарах, в которых стоки и добавленный к ним активный ил продуваются воздухом, поступающим из станции аэрации (компрессоров). Следующий этап искусственной очистки - это вторичные отстойники, в которых выделяется активный ил, направляющийся далее в аэротенки. Очищенные здесь стоки далее обеззараживаются электролизом, либо с помощью газообразного (жидкого) хлора и поступают в открытые водоемы.
