Изменение во времени приоритетов в технологиях очистки городских сточных вод

8. Орлов Е.В. Районы крайнего севера. Особенности забора воды из поверхностных источников // Технологии мира. 2013. № 8. С. 37-42.

9. Порядин А.Ф. Развитие водоснабжения в России. XX век. — М.: Издательский дом НП, 2003. 96 с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Е.В. Орлов, Е.Э. Николаева. Особенности забора воды в сложных природных условиях для городов и населенных пунктов. — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 86—89.

FEATURES OF WATER DISPOSAL IN COMPLEX NATURAL CONDITIONS FOR CITIES AND HUMAN SETTLEMENTS E.V. Orlov, E.Je. Nikolaeva

Moscow State University of Civil Engineering

Abstract

The article deals with the main issues related to the peculiarities of water abstraction in difficult natural conditions. Various variants of water intake from mountain rivers with the use of infiltration water intake structures and water intakes with a spillway dam and sedimentation tanks are given. The possibilities of water abstraction using non-stationary water intake facilities (floating, mobile).

Keywords:

water intake structure, sediment, water canals, pump, water intake well, treatment facilities, mountain rivers Date of receipt in edition: 22.05.18 Date of acceptance for printing: 29.05.18

УДК 628.3

ИЗМЕНЕНИЕ ВО ВРЕМЕНИ ПРИОРИТЕТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД

Н.А. Залётова, Н.В. Морозова, И.О. Булычев

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация

На основании обзора научно-технической литературы и выполненных исследований представлена последовательность возникавших проблем в области очистки сточных вод и охраны окружающей среды, которые рассматривались и решались инженерами и учеными. Представлен ряд технологических проблем очистки сточных вод, проведенных с момента зарождения работ по разработке методов очистки сточных вод до настоящего времени. Показаны основные этапы развития технологических решений и перспектива работ в этой области.

Ключевые слова:

сточные воды, очистка, требования к сбросу, повышение качества, органические вещества, биогенные вещества, обработка осадков, интенсификация очистки, использование отходов История статьи: Дата поступления в редакцию 11.05.18

Дата принятия к печати 19.05.18

Русский архитектор и инженер, профессор, первый директор Института гражданских инженеров в Санкт-Петербурге Бернгард Р.Б. писал в 1909 году «Наиболее радикальный способ удаления от человеческого жилища всевозможных отбросов — жидких и твердых нечистот, помоев, мусора и проч. представляет собою одну из наиболее существенных задач санитарной техники. К сожалению, следует сознаться, что до сих пор еще не найдено универсального решения этой задачи и вряд ли оно когда — либо будет найдено...» [1].

Между тем на Втором водопроводном съезде (19-25 марта 1895 г. в Варшаве) уже было заслушано три доклада по канализации: инженера С.А. Штольцмана «О канализации Киева», инженера Э.Ф. Соколя «Об извлечении пользы из городских нечистот», и инженера Э.Э. Шиманского «Влияние канализации на понижение грунтовых вод». С.А. Штольцман в своем докладе отметил, что строительство канализации в России рассматривается как недопустимая роскошь, а потому в Российской империи ее могли позволить только четыре города: Варшава, Одесса, Киев и Ялта. В Москве приступили к строительству канализации в 1894г., в Санкт-Петербурге о ней только еще думали [2].

Со времени опубликования информации о перспективе развития канализации, приведенной выше, прошло более 110 лет. Задача отвода от жилищ нечистот к настоящему времени давно решена практически во всех городах нашей страны. От «человеческого жилища» удалось отвести все виды отбросов. Для отвода загрязненных жидких отходов (сточных вод) от санузлов, кухонь и ванных комнат создана внутренняя канализация.

Отведение сточных вод с территории городов от жилого сектора и промышленных предприятий, а также ливневых вод ведется различными системами водоотведения — общесплавной, раздельной, полураздельной и др. Наибольшее распространение в нашей стране нашла раздельная система водоот-ведения, в которой хозяйственно-бытовые сточные воды и ливневые воды отводятся самостоятельными водоотводящими системами.

В 20-х — 40-х годах прошлого столетия исследовательские работы по очистке сточных вод проводились, в основном, в Москве. Специалистами треста Мосочиствод разработаны теоретические основы и методы расчета очистных сооружений.

Первыми технологиями стали технологии биологической очистки в естественных условиях на полях фильтрации и полях орошения [3]. Сточные воды разливались по поверхности участка земли, на котором формировалась биомасса, потребляющая загрязняющие вещества сточной воды в качестве питания, тем самым изымая загрязнения из очищаемой воды. Одновременно проводились исследования более интенсивных методов биологической очистки. Таковыми стали сооружения, работающие в искусственно созданных условиях. Это, в первую очередь, биофильтры, а затем аэротенки.

В послевоенные годы активную исследовательскую работу вели созданные научно-исследовательские институты — НИИ ВОДГЕО, Академия коммунального хозяйства (АКХ), в которой очисткой сточных вод занимался сектор водоснабжения и канализации, впоследствии ставший институтом НИИ КВОВ, научно-исследовательский отдел Мосочиствода и др. Для проектирования очистных сооружений образованы специализированные проектные организациями в Москве (Водоканалпроект, Гипрокоммунводоканал, МосводоканалНИИпроект и др.) и в других городах. В начале пятидесятых годов начала проводиться подготовка кадров по вновь организованной дисциплине «Канализация». В 1951 году издан первый учебник по канализации.

К середине пятидесятых годов были разработаны различные модификации аэротенков, позволившие учитывать особенности составов сточных вод — одно- и двухступенчатые аэротенки с регенераторами и без регенерации, аэротенки-смесители для очистки высококонцентрированных сточных вод. Стремление к снижению стоимости биологической очистки привело к разработке сблокированных сооружений.

Первые Строительные нормы и правила (СНиП П-Г.6-62) по проектированию систем канализации вышли в 1962 году. Начиная с этого времени, идет широкое проектирование сооружений городской

канализации. Проектирование, в основном, базируется на типовом проектировании. В основу типовых проектов положено достижение на очистных сооружениях полной биологической очистки, т.е. обеспечение качества биологически очищенной воды по содержанию органических веществ БПКполн = 15мг/л.

Усилиями научно-исследовательских организаций выполнена огромная работа, позволившая оценить степень влияния загрязняющих веществ сточных вод на окружающую среду. Каждый элемент оценен по лимитирующему показателю вредности, классу опасности и имеет свой показатель предельно допустимой концентрации (ПДК) [4]. Список загрязняющих веществ постоянно пополняется новыми веществами, разрабатываемыми химической промышленностью.

Начиная с семидесятых годов, было взято направление на интенсификацию работы сооружений биологической очистки и повышение качества очистки.

В научно-исследовательских институтах выполнены крупные работы по интенсификации сооружений за счет повышения дозы ила (высокопроизводительные аэротенки), применения кислорода или воздуха, обогащенного кислородом (окситенки). Для интенсификации работы вторичных отстойников разработана технология тонкослойного отстаивания. Эффективной технологией оказалось использование флотационного разделения иловой смеси.

Большой объем работ выполнен по ограничению видов СПАВ, допустимых для применения в хозяйственных целях и изучению методов удаления СПАВ из городских сточных вод, поступающих на очистку.

Повышение требований к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, привело к разработке сооружений доочистки. Изучение особенностей свойств задерживаемых взвешенных веществ в биологически очищенной воде привело к разработке фильтровальных сооружений специальной конструкции, учитывающих свойства задерживаемых загрязняющих взвешенных веществ. В наибольшей степени этим принципам отвечали гравийно-песчаные фильтры с восходящим потоком воды, водо-воздушной промывкой и низким (горизонтальным) отводом промывных вод и каркасно-засыпные фильтры. Были разработаны оригинальные конструкции фильтров с использованием синтетических вспененных материалов и местных загрузочных материалов.

Одним из направлений работ в области очистки сточных вод стала разработка и изготовление сооружений малой производительности.

Особенности формирования сточных вод малых объектов — небольшие расходы сточных вод, большая неравномерность поступления сточных вод на очистные сооружения, отсутствие на местах применения квалифицированных кадров для разработки технологической схемы, проектирования и создания установок — обусловили выбор направления на создание установок модульного типа полной заводской готовности. Первыми серийно изготавливаемыми установками стали установки КУ [5]. В дальнейшем это направление развивалось еще более активно.

В это же время начата разработка технологий удаления фосфора из сточных вод, что оказалась востребованным в связи с очевидным ухудшением состояния природных вод под воздействием антропогенного фактора [6].

В начале 90-х годов органы охраны природы начали реально предъявлять требования к остаточному содержанию биогенных веществ — соединений азота и фосфора, в сточных водах, сбрасываемых в водные объекты. К этому времени ПДК (предельно допустимые концентрации) для соединений азота — аммония солевого, нитритов, нитратов уже существовали, а с 1991 г. были введены ПДК на содержание фосфатов.

В городских сточных водах, как правило, содержится значительно больше биогенных веществ, чем требуется для осуществления традиционного процесса биологического окисления органических веществ, поэтому на сооружениях полной биологической очистки удаляется только часть их — аммоний солевой 20-40%, фосфаты 20-40%. Остальное же количество соединений фосфора сбрасывается в водоемы в биологически очищенных сточных водах, аккумулируется там, вызывая антропоегенное

эвтрофирование. Для выполнения нормативов необходимо повысить эффективность удаления фосфатов на очистных сооружениях до 95-98%, аммония солевого до 98-99%, при этом ограничить (не выше ПДК) уровень нитратов и нитритов, образующихся в ходе биологической очистки.

Для решения возникшей задачи проведены широкие исследования новых технологических процессов биологической очистки аэробными и анаэробными процессами [7, 8]. Современные технологии удаления биогенных веществ — нитрификация-денитрификация для удаления соединений азота и биологическое и/или химическое удаление фосфора из сточных вод. В Москве, Санкт-Петербурге, такие технологии уже работают, во многих городах РФ идет адаптация технологических процессов к конкретным составам сточным водам. Современной задачей в области очистки сточных вод является реализация на очистных сооружениях канализации новых технологий удаления соединений азота и фосфора.

Для очистки сточных вод постоянно возрастающего количества небольших уединенных населенных пунктов: коттеджных поселков, отдельно стоящих домов, гостиниц и пр. является широкое применение очистных сооружений малой производительности. Для них, как правило, применяются сооружения полной заводской готовности. Технологии очистки современных малых очистных сооружений повторяют технологии, применяемые на крупных очистных станциях аэрации (аэробные и анаэробные процессы, реагентная обработка, фильтры доочистки). При этом часто для биологической очистки используют иммобилизованную микрофлору, позволяющую интенсифицировать биологические процессы. Значительное количество фирм занимается созданием, изготовлением, монтажом и сервисным обслуживанием собственных разработок.

В настоящее время на повестке дня стоит новая серьезная и сложная задача — разработать приемы обработки и реализации в народном хозяйстве побочных компонентов, выделяемых в процессе очистки сточных вод — отбросов, песка, сырого осадка и избыточного ила. До настоящего времени эти отходы практически не используются, а размещаются на площадках ТБО после соответствующей обработки. Применение указанных отходов для получения новых полезных продуктов требует современной разработки и реализации.

Интересно заметить, что поставленная задача не является совершенно новой. Как выше упоминалось, еще в 1895 г. в докладе инженера Э.Ф. Соколя «Об извлечении пользы из городских нечистот» выдвигался тезис о целесообразности практического использования выделяемых из сточных вод отдельных фракций твердых веществ. Опыты по использованию активного ила в этом направлении проводились С.Н. Строгановым в Москве еще в 1939 г. Следующие аналогичные эксперименты были проведены в 60-х годах в институтах в Ленинграде (ВНИИГидролиз), и в Москве (НИИ КВОВ), но до практического использования результатов разработок не дошло. Однако к настоящему времени в связи с более глубоким изучением состава и свойств этих отходов, а также с созданием новых технических средств, необходимых для решения задачи, прогнозируется, что отходы могут быть превращены в сырье, а их отрицательное влияние на окружающую среду будет сокращаться. На сегодняшний день уже разработана технология подготовки осадков к использованию в качестве удобрения.

Одной из перспективных технологий, вызывающих интерес и достаточно широко используемой за рубежом, является применение метана, образующегося в процессе анаэробного сбраживания осадков сточных вод. После соответствующей подготовки метан используется для получения тепла и электроэнергии. Его утилизация позволяет заметно снизить затраты на электроэнергию, необходимую для реализации технологических процессов очистки сточных вод.

Таким образом, за прошедшие 110 лет развитие и реализация сменяющихся задач по очистке сточных вод прошли большой путь. Многое сделано, но постоянно возникают новые сложные задачи по расширению применения наработанных современных технологий очистки сточных вод, повышению качества очищенной воды, созданию необходимого оборудования для эффективной реализации технологий аэробно-анаэробной очистки сточных вод, а также утилизации осадков.

Решение выдвигаемых задач позволит повысить экономические показатели работы канализационных очистных сооружений, а также сократить, а в некоторых случаях восстановить окружающую среду.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бернгард В.Р. «Гражданская архитектура» 1909 г.

2. Лукиных Н.А. «Развитие канализации в России» Водоснабжение №5 1993. с.7-9.

3. Исследования по обезвреживанию и использованию промышленных сточных вод на земледельческих полях. Изд. «Колос» 1965 г.

4. «Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяй-ственное значение». М.: Изд. ВНИРО, 1999. 300 с.

5. Разумовский Э.С., Медриш Г.Л., Казарян В.А. Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных пунктов. М., Стройиздат. 1986. 174 с.

6. Россолимо Л.Л. Изменение лимнических экосистем под воздействием антропогенного фактора. М.: Наука, 1977. 142 с.

7. Залетова Н.А. «Очистка городских сточных вод от биогенных веществ (соединений азота и фосфора)». Дисс на соискание уч. степ д.т.н. М. 1999.

8. Сборник статей и публикаций московского водоканала. МГУП «Мосводоканал» 2008. 464 с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Залётова Н.А., Морозова Н.В., Булычев И.О. Изменение во времени приоритетов в технологиях очистки городских сточных вод. — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 89—93.

TIME CHANGE PRIORITIES IN URBAN WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGIES Zaletova N.A., Morozova N.V., Bylichev I.O.

Moscow State University of Civil Engineering

Abstract Keywords:

Based on a review of scientific and technical literature and completed wastewater, treatment, discharge

studies, presents the sequence appearing problems in the area of standard, increase the quality, organic

wastewater treatment and environmental protection, discussed and matter, nutrients, sediment, intensification

solved by engineers and scientists. of treatment, use of sludge

Date of receipt in edition: 11.05.18

Date of acceptance for printing: 19.05.18