Инженерные системы

Теоретические основы очистки сточных вод

Мы приводим основные тезисы статей Андрея Ратникова по теоретическим основам очистки сточных вод.

Автономные системы канализации коттеджей для «чайников».

Накопители, септики, локальные очистные сооружения, фильтрующие траншеи колодцы, аэротэнки «Юбас-Топас», «Биотал», «Кедр», «Танк» и прочие «Золотари» - как в них разобраться и что выбрать?

1. Выгребные ямы и накопители сточных вод, столь популярные у многих дачников, не являются очистными сооружениями. Это герметичные ёмкости, стоки из которых, по мере накопления, вывозятся на сливные станции. Их владелец не загрязняет свой участок и грунтовые воды под ним. Он строит резервуар минимум на 8 кубических метров, этакий огромный ночной горшок, заключает договор на вывоз содержимого и всё – потом только деньги плати. Для коттеджа на 3-5 постоянных жителей, восьми-кубовый накопитель придётся опорожнять (вызывая машину с ассенизаторами) примерно 3-4 раза в месяц.

2. "Биологическая очистка сточных вод – очистка, основанная на способности микроорганизмов разрушать (минерализовать) содержащиеся в сточных водах органические вещества (загрязнения)". Различают анаэробный и аэробный процесс биологической очистки. Анаэробный процесс очистки - процесс разрушения органических веществ микроорганизмами при отсутствии кислорода воздуха. Аэробный процесс - это разрушения органических веществ микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха.

3. Существует две основные схемы биологической очистки – с использованием естественных условий или искусственно созданных. В естественных условиях процессы разрушения органических веществ протекают в почве и в водоёмах. При этом в почве преобладают анаэробные процессы, а в водоёмах – аэробные. Если количество органических веществ в стоках не велико, то почва и водоёмы справляются с процессом биологического окисления своими силами. Когда же органики много, то процессы окисления не усиливаются, а начинают угнетаться, а почва с водоёмами загнивают. Биологического окисления сточных вод можно добиться, если создать условия, способные интенсифицировать процесс. Такие условия создаются на полях фильтрации и в биопрудах. Поля фильтрации – это земельные участки с песчаными почвами, супесями и суглинками, подготовленные для естественной биологической очистки сточных вод при фильтрации (этих вод) через почвенные горизонты. В почве обычно присутствуют как аэробные, так и анаэробные бактерии (аэробы – на поверхности почвы, анаэробы – в толще земли), соответственно могут осуществляться оба процесса очистки (а не только естественный анаэробный). В связи с тем, что простая очистка стоков на полях фильтрации требует больших площадей и "плохо пахнет", в настоящее время она имеет ограниченное применение. Другой вариант естественной очистки – биопруды, в наших климатических условиях используют в основном для доочистки сточных вод в летнее время. Дело в том, что при низкой температуре воды биологические процессы замедляются, а около нуля градусов вообще практически не идут.

4. Очистка сточных вод в искусственных условиях так же использует аэробный и анаэробный процессы. Иногда по отдельности, иногда в сочетании. На отечественном рынке малых очистных сооружений в основном присутствуют два типа очистных сооружений – аэрационные биологические очистные сооружения (аэротенки) и септики различных модификаций и комбинаций процессов. Искусственные условия хороши тем, что позволяют ускорить процесс очистки, сократив занимаемые площади и выделение дурнопахнущих веществ в атмосферу, а глубокая автоматизация очистных сооружений упрощает (но не всегда удешевляет) их эксплуатацию. Аэротенки и септики часто используют совместно с биофильтрами, представляющими собой искусственные сооружения, процесс очистки в которых протекает аналогично процессу очистки на полях фильтрации. Разница в том, что биоплёнка на полях фильтрации образуется на поверхности земли, а в биофильтре – во всей толще загрузки, на её поверхности. Можно сказать, что биофильтр – это "свёрнутое", компактное поле фильтрации. В отличие от биофильтра, где создаются условия, интенсифицирующие процесс биологического окисления в почве, аэротенк представляет собой сооружение, где ускоряется процесс, происходящий в водоёмах. Интенсификация осуществляется за счёт подачи воздуха. Понятно, что это, в основном, аэробная очистка. Итак, аэротенки, биофильтры и септики – это искусственные сооружения, моделирующие и интенсифицирующие естественные процессы, происходящие в почве (биофильтры и септики) и в водоёме (аэротенки).

5. Какое устройство для очистки сточных водв искуственных условиях выбрать? Под одной маркой часто продают как простые септики, так и аэрационные системы. При этом септики с биофильтром часто называют очистными сооружениями, ругают септики без биофильтра и тут же их хвалят. Сооружения с приличным объёмом автоматики рекламируют, как не требующие обслуживания, и т.д. и т.п.

Очистные сооружения делятся на аэрационные (аэробные, которые требуют подачи воздуха и, следовательно, внешнего источника электропитания), и анаэробные септики, работающие без электричества. Существуют гибридные сооружения, в состав которых включен и септик, и аэротенк. Биофильтры используется только как дополнение и к аэротенкам, и к септикам, поскольку всегда требуют предварительного осветления сточных вод. В любом случае, все аэрационные системы сами по себе достаточно сложны и при неправильном проектировании (что случается сплошь и рядом) могут просто не работать. Такие системы очитски сточных вод оправданы лишь при очистке больших объёмов - свыше 25 кубических метров в сутки. Между тем, с 1-2 кубическими метрами сточных вод в сутки вполне справится старый добрый септик. Электричества ему не надо, обслуживание – один раз в несколько лет вывезти накопившийся осадок и... И всё! Септик - (от греч. septikos - гнилостный) - сооружение для очистки небольших количеств (до 25 м3/сут) бытовых сточных вод. Представляет собой подземный отстойник горизонтального типа, состоящий из 1 или нескольких камер, через которые протекает сточная жидкость. Конечно, объём септика нужно рассчитать под свои нужды. Подумать, нужен ли после него биофильтр, фильтрующий колодец, траншея... Вы можете поручить это профессионалу или прочесть следующие главы, в которых я расскажу, как всё сделать самому и не ошибиться.

6. СНиП 2.01.02-85* "Канализация. Наружные сети и сооружения". "1.10. Санитарно-защитные зоны от канализационных сооружений до границ зданий жилой застройки, участков общественных зданий и предприятий пищевой промышленности с учетом их перспективного расширения следует принимать: Санитарно-защитную зону от полей фильтрации площадью до 0,5 га и от сооружений механической и биологической очистки на биофильтрах производительностью до 50 м/сут следует принимать 100 м. Санитарно-защитную зону от полей подземной фильтрации производительностью менее 15 м/сут следует принимать 15 м. Санитарно-защитную зону от фильтрующих траншей и песчано-гравийных фильтров следует принимать 25 м, от септиков и фильтрующих колодцев - соответственно 5 и 8 м, от аэрационных установок на полное окисление с аэробной стабилизацией ила при производительности до 700 м/сут - 50 м. Санитарно-защитную зону от сливных станций следует принимать 300 м". Как Вам это нравится? От септиков – 5 метров, от аэрационных сооружений - 50.

7. «МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ КОЛИЧЕСТВА И КАЧЕСТВА ПРИНИМАЕМЫХ СТОЧНЫХ ВОД И ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ», утверждённых приказом Госстроя России от 6 апреля 2001 г. №75.

УСРЕДНЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КАЧЕСТВА БЫТОВОГО СТОКА, ОТВОДИМОГО АБОНЕНТАМИ ЖИЛИЩНОГО ФОНДА НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

N п/п Перечень загрязняющих веществ Усредненная характеристика хозяйственно-бытовых сточных вод (концентрация, мг/л)
1 Взвешенные вещества 110 (совокупность мелких частиц твердого вещества в жидкости)
2 БПК полн. 180 (биологическая потребность в кислороде) – показатель, описывающий количество органики в стоках через потребность в кислороде на её окисление
3 ХПК 250 (химичечкая потребность в кислороде) – показатель, описывающий количество органики в стоках через потребность в кислороде на её окисление
4 Жиры 40
5 Азот аммонийный 18
6 Хлориды 45
7 Сульфаты 40
8 Сухой остаток 300
9 Нефтепродукты 1,0
10 СПАВ (анионные) 2,5 (поверхностно активные вещества – это в основном моющие средства)
11 Фенолы 0,005
12 Железо общее 2,2
13 Медь 0,02
14 Никель 0,005
15 Цинк 0,1
16 Хром (+3) 0,003
17 Хром (+6) 0,0003
18 Свинец 0,004
19 Кадмий 0,0002
20 Ртуть 0,0001
21 Алюминий 0,5
22 Марганец 0,1
23 Фториды 0,08
24 Фосфор фосфатов 2,0

8. Что происходит в очистных сооружениях. Все очистные сооружения для коттеджей используют биологический способ очистки, т.е. в них культивируются микроорганизмы, разрушающие органические загрязнения. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся: остатки растений, плодов, овощей, злаков, бумаги, растительные масла и др. Основным химическим элементом этого рода загрязнений является углерод. К загрязнениям животного происхождения относятся: физиологические выделения людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей животных, клеевые вещества и пр. Они характеризуются довольно значительным содержанием азота.
Биологические очистные сооружения рассчитываются только на удаление из воды органики (БПК) и взвешенных веществ. А удаление всего остального – не более, чем полезный сопутствующий эффект, расчету практически не поддающийся из-за невероятной сложности протекающего процесса. Очень грубо его можно свести к поглощению загрязнений поверхностью активного ила (т.е. микроорганизмами) и сопутствующим биохимическим реакциям. Впрочем, в стоках присутствуют загрязнения, вообще не задерживаемые биологическими очистными сооружениями.

Кроме очистки на биологических сооружениях происходит сепарация, при которой образуется относительно чистая вода и относительно загрязненный осадок. Поэтому когда вы прочли в рекламе об «очистке на 98%», надо понимать, что вода если и освободилась на 98% от загрязнений, то основная их часть сконцентрировалась в осадке.
А что же тогда делают микроорганизмы, «живущие» в очистных сооружениях? Кушают органику, разлагая её на простейшие минералы. «По утверждениям микробиологов, из всех функций микроорганизмов самой важной для жизни на Земле является та, которую они выполняют, участвуя в круговороте углерода. Микроорганизмы поддерживают динамическое равновесие углекислоты между процессами фиксации её зелёными растениями и выделения во внешнюю среду вследствие минерализации органических соединений, скапливающихся в воде и почве».
С.В. Яковлев, Т.А. Карюхина «Биохимические процессы в очистке сточных вод»

Окисление углеродсодержащих органических веществ в идеале проходит до образования углекислоты и воды, азотсодержащих органических веществ – через образование нитритов и нитратов до атомарного азота, выделяющегося в атмосферу. Упрощенно можно сказать, что бактерии перерабатывают органику, присутствующую в канализационных стоках, минерализуют её с образованием газов, переводят в формы, усвояемые растениями, «замыкая» тем самым пищевую цепочку. Ещё проще можно сказать, что бактерии перерабатывают фекальные стоки в ценные удобрения и чистую воду.
Биологическую обработку стоков ведут микроорганизмы, сами устанавливая степень очистки. Нужно им не мешать, а, по возможности, помогать. Насколько велика должна быть помощь, зависит от того, как глубоко надо очистить стоки, а это, в свою очередь, зависит от места их сброса.
Сбрасывать можно в водоём или в грунт. Для того и другого есть свои нормативы очистки, но для водоема они значительно строже, чем для грунта. Между тем, сброс в почву полностью замыкает круговорот веществ в биосфере, давая растениям возможность использовать многие элементы стоков для своего роста. Именно поэтому при сбросе в грунт воду не надо чистить «очень сильно», поскольку тогда она будет очищаться от полезных веществ.

9. Биохимические процессы, происходящих в септике. Без поступления кислорода извне, в нём развиваются метанобразующие бактерии, которые перерабатывают загрязнения с выделением минерального осадка и газообразного метана. Этот процесс (метановой ферментации) протекает в две стадии. На первой сложные органические вещества разлагаются до более простых – жирных кислот, спиртов, альдегидов, углекислоты, аммиака и водорода. На второй, метанобразующие бактерии превращают продукты первой фазы в метан, углекислоту и другие газы, образующиеся в малых количествах, а также нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Газы уходят в атмосферу через вентиляционные вытяжки, а азотистые соединения по большей части вместе с водой поступают в грунт. В водоём сбросить такую воду нельзя - он загниёт, изменит трофичность, как говорят экологи. Азот усиливает рост сине-зелёных водорослей, которые легко превращают водоём в болото. А вот в почве азот усваивается корнями растений. Фактически, очистка стоков продолжается в почве полей фильтрации, в почве вокруг фильтрующего колодца или в биофильтре, установленном после септика. Сброса стока в окружающую среду, как такового не происходит – полезные вещества усваиваются растениями. Вредные тоже, но тут уж ничего не поделаешь, степень очистки при биологической очистке фиксирована. К счастью, их не так много в бытовых стоках, чтобы представлять опасность.

10. Куда и как можно сбрасывать сточные воды из септика. Система с отведением сточных вод в грунт может применяться в песчаных, супесчаных и легких суглинистых грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 0,1 м/сут и уровнем грунтовых вод не менее 1 м от планировочной отметки земли.

Сточные воды можно отводить и в тяжелые суглинки, но тогда потребуются более сложные инженерные решения.

11. Расстояние до колодцев. Расстояние от участка, используемого для отведения сточных вод в грунт до шахтных или трубчатых колодцев, используемых для питьевого водоснабжения, определяется наличием участков фильтрующих грунтов между водоносным горизонтом и пластами грунта, поглощающими сточные воды. При гарантированном отсутствии такой связи расстояние до колодцев должно быть не менее 20 м, при ее наличии - определяться гидрогеологическими службами с учетом направления потока подземных вод и его возможных изменений при водозаборе.

12. Сброс сточных вод в водоемы. При сбросе очищенных сточных вод в поверхностные водоемы следует руководствоваться «Правилами охраны водоемов от загрязнения сточными водами», а также требованиями СанПиН 4630-88. Когда фоновая концентрация загрязнений в водоеме ниже предельно допустимых концентраций (ПДК) в речной воде при согласовании с органами природоохраны можно предусматривать очистку сточных вод до концентраций загрязнений более ПДК за счет их смешения с водой водоема. Если фоновая концентрация загрязнений более ПДК, требуется доведение концентрации загрязнений в очищенной воде до ПДК».

СанПиН 88 года устарел, вместо него теперь действует СанПиН 2.1.5.980-00. Как правило, в наших водоёмах загрязнение всегда выше ПДК, поэтому уже в стоке должно быть ПДК, разрешённая для водоёма – смешение вы с органами природоохраны не согласуете. ПДК для водоёмов различной категории опубликованы и вполне доступны, см. ГН 2.1.5.690-98 "Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования" и многочисленные дополнения к ним. А вот какая категория вашего конкретного водоёма (культурно-бытовая, хозяйственно-питьевая или рыбохозяйственная) в органах природоохраны узнать можно.

«При снижении загрязнений в очищенных сточных водах до ПДК в водоеме, как правило, требуется глубокая очистка сточных вод до следующих значений:
БПКПОЛН. - 3 мг/л;
взвешенные вещества - 3 мг/л;
аммонийный азот (по N) - 0,4 мг/л;
нитриты (по N) - 0,02 мг/л;
нитраты (по N) - 9 мг/л;
фосфаты (по Р2О5) - 1-2 мг/л;
СПАВ - 0,2-0,3 мг/л».

Вот вам и конкретные цифры для сброса в водоём. Это очень ограниченный перечень. Полный насчитывает сотни показателей.

Есть только три случая, при которых я рекомендую рассмотреть сброс стоков в водоём. 1. Если стоков так много, что в грунт они «не поместятся». Для одного коттеджа не актуально, это для очистных сооружений коттеджного посёлка. 2. Если коттедж стоит на болоте, а делать фильтрующие насыпи лень или для них нет места. 3. Если рядом есть водозаборная скважина или колодец, стоки могут попасть в грунтовые воды этого водозабора, а исключить это попадание нет возможности или она есть, но слишком дорога. Если у вас есть иные веские основания сбрасывать сточные воды в водоём, кроме чисто эстетических, сообщите мне – я хочу с ними ознакомиться. Во всех остальных случаях, почвенная (грунтовая) утилизация сточных вод не только предпочтительнее, но и дешевле и экологичнее. Зачем сбрасывать в водоём азот, фосфор, калий и другие биогенные вещества, где от них будет только вред, когда можно направить их в почву, где они принесут пользу растениям? Если вы всё же решили сбрасывать стоки в водоём, помните, что очистить их нужно до норматива, значительно более жесткого, чем для питьевой воды. И ещё раз задумайтесь о стоимости такого изыска.

А до какого качества чистить сток, если всё же будет выбран почвенный способ утилизации? Теоретически, можно вообще не чистить, а просто близко не подходить. Т.е. соблюдать санзону, установленную для полей орошения (фильтрации). У владельцев коттеджей обычно нет столько земли, поэтому стоки всё же нужно очищать. До какой степени? А зачем вам это знать? Просто соблюдайте правила почвенной утилизации, и всё будет нормально.По удобрительным свойствам осадки сточных вод могут рассматриваться как органо-минеральные и органические удобрения, аналогичные органо-минеральным компостам, подстилочному или бесподстилочному (жидкому) навозу. В сухой массе осадков содержится: органического вещества - 40 - 60%, азота - 1 - 3%, фосфора (P(2)O(5)) - 1 - 4%, калия (K(2)O) - 0,2 - 0,7%, кальция (Ca) - 3 - 5%, осадки содержат также магний, серу, другие макро- и микроэлементы, необходимые для питания растений. Осадки, получаемые после сооружений биологической очистки сточных вод, обычно имеют реакцию среды, близкую к нейтральной (pH 6,5 - 8,0). Истинная правда! Зачем покупать минеральные удобрения для сада-огорода, если они уже есть в ваших стоках? Внесение осадков на торфяных почвах по агрономическим соображениям не рекомендуется.

Вернёмся к «МЕТОДИЧЕСКИМ РЕКОМЕНДАЦИЯМ ПО РАСЧЕТУ КОЛИЧЕСТВА И КАЧЕСТВА ПРИНИМАЕМЫХ СТОЧНЫХ ВОД И ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ», и поговорим о самих системах (очистных сооружениях) автономной канализации с отведением сточных вод в грунт и водоём. Цитирую параграф: СИСТЕМЫ АВТОНОМНОЙ КАНАЛИЗАЦИИ С ОТВЕДЕНИЕМ СТОЧНЫХ ВОД В ГРУНТ Отведение сточных вод в грунт осуществляется: В песчаных и супесчаных грунтах в сооружениях подземной фильтрации - после предварительной очистки в септиках. Допустимый уровень грунтовых вод при устройстве фильтрующих колодцев должен быть не менее 3 м от поверхности земли, при устройстве полей подземной фильтрации - не менее 1,5 м от поверхности земли; В суглинистых грунтах в фильтрующих кассетах - после предварительной очистки в септиках. Уровень грунтовых вод должен быть не менее 1,5 м от поверхности земли. Уровень грунтовых вод может быть и выше - не страшно. Приведённые цифры - это идеал, который не всегда возможен. У меня в загородном доме всё сделано в суглинках с септиком и фильтрующими колодцами, при уровне воды около 1,5 метров. И работает вот уже скоро 15 лет.

В септиках осуществляется механическая очистка сточных вод за счет процессов отстаивания сточных вод с образованием осадка и всплывающих веществ, а также частично биологическая очистка за счет анаэробного разложения органических загрязнений сточных вод. Кроме того, в септиках осуществляется флотационная очистка сточных вод за счет газов, выделяющихся в процессе анаэробного разложения осадка. Санитарно-защитную зону от септика до жилого здания следует принимать 5 м. Повторение – мать учения. Запомните про 5 метров, пригодится. Всё остальное – для общего развития.

Объем септика следует принимать равным 2,5-кратному суточному притоку сточных вод при условии удаления осадка не реже одного раза в год. При удалении осадка два раза в год объем септика может быть уменьшен на 20 %. Объём септика может быть таким, как указано, но это минимум. Если будете откачивать осадок ассенизационной машиной, знайте, что объём её цистерны 8 кубов. Если септик будет меньше, заплатите вы всё равно за все восемь, сколько бы она не вывезла. Обидно. Рассказать вам, откуда взялись 2.5 кубометра? Это объём цистерны старых машин-илососов. Были такие раньше... Я их уже давно не встречал, а цифра в документе осталась.

При расходе суточных вод до 1 м3/сут септики надлежит предусматривать однокамерные, при большем расходе - двухкамерные, причем камеры принимаются равного объема. Равный объем не нужен, как впрочем и наличие нескольких секций вообще, если только это не обусловлено применением для строительства септика каких либо определённых строительных материалов. Например, одинаковых 1,5-метровых ж/б колец. Разговоры о том, что несколько камер повышают очистку, не соответствуют действительности. Лоток подводящей трубы следует располагать на 0,05 м выше расчетного уровня жидкости в септике. На подводящем и отводящем трубопроводах сточных вод следует предусматривать вертикально расположенные патрубки с открытыми концами, погруженными в воду, для задержания плавающих веществ. В каждой из камер септика следует предусматривать вентиляционный стояк диаметром 100 мм, высота его над поверхностью земли - 700 мм. При устройстве перекрытия септика следует предусматривать возможность доступа для разрушения корки, образующейся на поверхности жидкости из всплывших веществ.

Конструктивные решения септиков приведены в альбоме «Автономные системы инженерного оборудования одноквартирных и блокированных жилых домов». Вентиляционный стояк вовсе не обязателен, если крышка септика не герметична. Захотите проектировать установку сами – ищите альбом с чертежами авторов цитируемых рекомендаций. Я же советую обратиться к профессиональному проектировщику.

Повторю главную мысль этой главы – почвенная утилизация сточных вод тем и хороша, что не требует точно рассчитывать степень очистки. Достаточно подобрать нужный в конкретных условиях набор сооружений, а бактерии в септике и грунте доведут всё до нужного уровня. Они просто съедят полезные им вещества и выделят вещества, полезные для растений. Почвенная утилизация, строго говоря, ничего не очищает, а именно полезно утилизирует все вещества (которые мы считаем в канализации "загрязняющими") для питания естественного симбиоза почвенных бактерий и высших растений.

РЕКЛАМА

КНИГИ

КОЛЛЕКЦИЯ ОШИБОК

Test

АМЕРИКАНСКИЕ ИНТЕРЬЕРЫ

Test

Яндекс цитирования

 

© 2008-2013 Дачный портал Дача и Дом, Андрей Дачник: строительство дачных домов, дизайн, архитектура, тексты , фото, видео (если не обозначено иное авторство). Перепечатка материалов в любом виде без письменного разрешения запрещена. Вся приведенная на сайте информация является иллюстративным материалом личного опыта автора, и ни при каких условиях не может служить пособием, методикой или руководствовом для выполнения расчетов, проектирования, планирования и производства строительных работ или любых других действий. Используя опыт автора сайта Dacha-Dom.ru, вы делаете это исключительно на свой собственый страх и риск. Во всех случаях автор не может нести отвественности за любые прямые или косвенные убытки и потери, связанные с использованием информации с сайта Dacha-Dom.ru