Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод

Нормативно-правовая база для проектирования очистки стоков и очистных сооружений.

Очистка сточных вод, мероприятия по очистке стоков и механические, физико-химические, биологические очистные сооружения по терминологии, нормам проектирования, эксплуатации формализованы Федеральным законом РФ N 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» от , Федеральной целевой программой «Чистая вода» на 2011 – 2017, годы в отечественных стандартах, актуализированных версиях СНиП — СП «Канализация. Наружные сети и сооружения» (актуализированная редакция СНиП ), СП «Гидротехнические сооружения» (актуализированная редакция СНиП ), СТО 02494733 5.2. -01-2006. «Внутренний водопровод и канализация зданий», СП «Внутренние санитарно-технические системы зданий» (актуализированная редакция СНиП ), а также СанПиН (с изменениями на 28 июня 2010 года), СанПиН «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод» (с изменениями, внесенными решением Верховного Суда РФ от N ГКПИ10-1751), ГН , ГН с дополнениями и МДК «Методические рекомендации по расчету количества и качества принимаемых сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов», утвержденные приказом Госстроя России от №75, где в перечне Приложения 3 формализованы 24, а в перечне Приложения 6 регламентированы 111 позиций загрязняющих веществ, которые должны/могут проверяться органами государственной санитарно-эпидемиологической службы при сбросе очищенных стоков в водоем, в почву или на рельеф.

Важно: МДК «Методические рекомендации по расчету количества и качества принимаемых сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов» являются рекомендательным нормативно-правовым документом, на базе которого и с учетом особенностей своих систем канализации, почв и водоемов власти муниципальных образований устанавливают действующие условия приема сточных вод в сети канализационных систем, нормы допустимых концентраций загрязняющих веществ в стоках, а также нормируют плату за сброс стоков в канализационную систему.

Так, сегодня в Ростовской области действуют:

• Постановление Правительства Ростовской области от № 348 «О Порядке взимания платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализаций муниципальных образований Ростовской области»,
• Постановление Главы администрации Ростовской области от г. № 495 «Условия приема загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации г. Ростова-на-Дону», где Приложение №1 к «Условиям приёма загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации г. Ростова-на-Дону» установлены перечень и нормативы допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах абонентов, отводимых в горканализацию.

Таблица. Перечень и нормативы допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах абонентов, отводимых в горканализацию (Приложение №1 к «Условиям приёма загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации г. Ростова-на-Дону»).

Наименование показателя, загрязняющего вещества	Норматив ДК загрязняющих веществ в сточных водах абонентов, мг/дм3, (г/м3)
Азот аммонийный	5,0
Аммоний-ион	6,4
Азот нитратов	2,0
Нитрат-анион	8,9
Азот нитритов	0,05
Нитрит-анион	0,2
Алюминий	0,2
БПК 5	18
БПК полн	24
Взвешенные вещества	71
Железо общее	0,9
Жиры	10
Кадмий	0,009
Магний	100
Марганец	0,1
Медь	0,01
Нефтепродукты	0,2
Никель	0,2
Остаточный хлор	1,6
Ртуть	0
Свинец	0,07
СПАВ ан	0,3
СПАВ неион	0,7
Сульфаты	280
Сульфиды	0
Сухой остаток	1 000
Фенолы	0,01
Фосфор фосфатов	0,3
Фториды	2,2
Хлороформ	0,2
Хром общий	0,8
Цинк	0,1

Примечание: В показателе хром общий содержание хрома шестивалентного не должно превышать 0,01 мг/дм3.

Необходимость очистки сточных вод

Комплексная очистка стоков требуется для устранения биологических, механических, химических и прочих загрязнителей. Этот комплекс мероприятий необходим, чтобы сделать воду максимально безопасной для людей.

Сброс стоков без очистки приводит к сильнейшему загрязнению почвы, воды и атмосферы. Часто это провоцирует гибель целых биотопов.

Из-за уничтожения сред обитания многие виды живых существ сейчас находятся на грани вымирания. Даже если в водоем попадают неочищенные воды из канализации, это может привести к гибели рыб, земноводных и моллюсков в водоеме.

Характеристики загрязняющих веществ

Стоки включают большое количество отравляющих веществ. В классификации они подразделены в зависимости от степени опасности. Примеси по-разному действуют на живые организмы. Характеристики наиболее опасных стоков:

1. Классификация и состав сточных вод.

   Бытовые отходы содержат много органических соединений, остатков химических моющих средств и т.д. Эти вещества губительны для рыб, но при этом являются питательной средой для зеленых бактерий. Увеличение численности этих микроорганизмов приводит к большему прогреву воды и уменьшению в ней содержания кислорода. Кроме того, сброс таких отходов без предварительной очистки способствует росту количества вредных соединений в водоемах и почве.

2. Отработанная вода с целлюлозно-бумажных комбинатов, не прошедшая комплексной очистки, содержит красители, фенолы, остатки лака, древесные компоненты и т.д. Разлагаясь, эти вещества провоцируют выброс сероводорода, метана, диоксида углерода и других опасных газов. В то же время такие отходы становятся причиной роста числа цианобактерий в водоемах.
3. Отходы химической и нефтяной промышленности способны увеличивать уровень вязкости воды и снижать содержание в ней кислорода. В таких стоках определяется присутствие опасных токсинов, способных уничтожить всех рыб и земноводных, обитающих в водоеме, и приводить к гибели диких и домашних животных, приходящих утолить жажду. Кроме того, такие отходы могут сделать почву непригодной для хозяйственной деятельности на долгие годы.
4. Отходы предприятий мясомолочной промышленности сбрасывают стоки, содержащие фрагменты шерсти, жир, кровь, сырную крошку и т.д. Эти вещества делают водную среду более щелочной. К тому же такие стоки являются питательной средой для вирусов, бактерий и грибов. Рыбы, дикие наземные животные, водоплавающие птицы и водяные растения заражаются патогенной микрофлорой и погибают, что приводит к нарушению природного баланса.
5. Отходы предприятий текстильной промышленности содержат остатки синтетических и натуральных волокон, молекулы тяжелых металлов и т.д. Эти загрязнения забивают пищеварительную систему рыб и моллюсков. Кроме того, стоки изменяют ферментативную реакцию воды.
6. Стоки предприятий, выпускающих продукты питания, содержат много нитратов и фосфатов, являющихся питательной средой для цианобактерий. Размножение зеленых водорослей приводит к уменьшению содержания кислорода в воде и гибели рыбы.

Требования и нормативы

Каждое предприятие должно выполнять очистку отработанных вод согласно федеральному закону от 2011 г. «О водоснабжении и водоотведении».

Со стоков должны быть устранены все виды загрязнений перед их возвращением в природные или рыбохозяйственные объекты. Это требование описано в СанПиН — «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Что входит в состав биологических методов очистки воды

Биологическая очистка воды чаще всего применяется в замкнутой системе водоснабжения путем адсорбции и окисления загрязняющих веществ в заранее подготовленном пласте активного ила. Шламовая его составляющая находится у донной части оборудования, а часть — в плавающей зафиксированной насадке. Способность микроорганизмов выборочно употреблять для питания те или иные органические и минеральные соединения из очищаемой воды, позволяет подобрать виды живых бактерий для биологической очистки воды определенного химического состава. Нитробактерии Nitrosomonas окисляют азотистые соединения в процессе жизнедеятельности, серобактерии нейтрализуют сероводород.

Микроорганизмы, участвующие в биологической очистке воды, содержатся в виде колоний в серо-бурой кашицеобразной субстанции с запахом земли — активном иле. Он легко отстаивается и оседает на дно, что позволяет быстро отделить чистую воду от отработавшего ила. Все микроорганизмы для биологической очистки воды делятся на два класса в зависимости от условий, в которых они проявляют свою активность. Аэробной микрофлоре необходим кислород для жизнедеятельности и запуска процессов окисления. Напротив, питание и активное потребление питательных веществ анаэробными бактериями происходит только в бескислородном пространстве. В зависимости от выбранного типа микроорганизмов корректируются эксплуатационные условия устройств для биологической очистки воды.

Процесс биоочистки воды проходит в особых сооружениях:

• биопрудах и на полях фильтрации;
• биологических фильтрах;
• аэротенках и метатенках.

Специфические микроорганизмы, продуцируя в активном иле, работают в качестве биоценоза минерализующей микрофлоры, способной адсорбировать органические и минеральные соединения на поверхности и окислять их. Во всех сооружениях кроме метатенков процессы окисления проходят с участием кислорода.

Биологические пруды как метод очистки

Биологические пруды — искусственно созданные или естественного происхождения водоемы со свободной аэрацией, на дне которых в активном иле живут микроорганизмы. На процессы биологической очистки воды благоприятно действуют растения прудов, особенно ряска, камыш, плавающий рдест, тростник, рогоз и роголистник.

Поля фильтрации организовывают на суглинистых, глинистых, торфяных, песчаных участках почв. Через почву, как фильтрующий материал пропускают воду. Микроорганизмы, живущие в почве, параллельно очищают воду от растворенных и взвешенных примесей. Это самые простые способы осуществления аэробной биологической очистки воды, не эффективные при высоких концентрациях примесей и большом потоке воды, но зато абсолютно не затратные и не нуждающиеся в постоянном контроле человеком.

Биологическая очистка на фильтрах

Биофильтр работает с использованием принципов физической фильтрации. Водный раствор пропускается через слой загрузки, предварительно покрытый биопленкой из аэробной микрофлоры. Чтобы живые организмы активно расщепляли загрязнения, воду в биофильтрах аэрируют принудительно. Однако возможна и естественная циркуляция воздуха.

Аэротенки и метатенки

Аэротенки отличаются более сложным устройством, чем биофильтры. Здесь биологическая очистка воды осуществляется при обязательной принудительной аэрации. Перед поступлением в аэротенк водный раствор перемешивают с активным илом, а затем пропускают через взвесь воздушный поток. Воздух насыщает воду кислородом, активизирует процессы окисления и разложения загрязнителей, способствует постоянному перемешиванию раствора. Если вместо воздуха аэрацию проводить кислородом, эффективность биологической очистки воды возрастает в разы, а такие установки носят название окситенки.

Бескислородная биологическая очистка сточных вод анаэробными микроорганизмами чаще всего проходит в метантенках. Главной особенностью процесса является отсутствие необходимости осуществлять аэрацию. А в качестве побочного продукта в результате химических процессов окисления и питания анаэробных организмов образуется биогаз. В резервуар метатенка подается концентрированный осадок из отстойников. Там он подвергается брожению. Для ускорения процесса используют повышение температуры до 35°С при мезофильном брожении, и до 55°С при термофильном. Процесс бескислородной очистки вод достаточно сложный, проходит в несколько этапов и заканчивается получением чистой воды и метана — дружественного для экологии топлива.

После механической и биологической очистки воды на выходе формируются разные осадки органических соединений. Это крупные частицы, оседающие на фильтрах, осадок из первичных отстойников, активный ил или биологическая пленка, образующиеся в устройствах аэробной биологической очистки воды. После измельчения такие отходы отправляются в специальный проток перед первичными отстойниками, улавливаются ими и перемещаются в сырой осадок. Суммарное количество осадков находится в пределах 1% объема обрабатываемой воды, из них 50 — 75% составляет активный ил.

Есть методики, использующие активированный уголь для увеличения эффективности биологической очистки вод. Его добавляют в воду на входе в аэротенки в количестве 150 — 250 мг/л или в адсорбер с принудительной аэрацией. Этот способ достаточно перспективен, так как повышает качество очистки воды и позволяет уменьшить габариты очистных установок на 20 — 30%.

Методы очистки сточных вод

Условно отходы деятельности промышленных, сельскохозяйственных предприятий, городских поселений можно разделить на две группы:

• Вещества, которые растворяются.
• Вещества, которые не растворяются.

Методы очистки сточных вод можно подразделить:

• Биологический, физико-химический – для растворимых частиц.
• Механический – для нерастворимых частиц.

Механический метод очищения сточных вод

Механической очистке на первом этапе подвергаются и отделяют нерастворимые фракции:

• Механизированные решетки;
• Отстойники;
• Жиромасолотделители и нефтеловушки;
• Центрифуги;
• Песколовки;

Механизированные решетки

Как только вода из стоков добирается до очистки, их встречают механические решетки, которые отделяют крупные частицы и не пропускают их далее, а выгружают в специальный мусоросборник.

Отстойники в мехрешетках предназначены для деления взвешенных частиц.

Отстаивание — вертикальные отстойники

Процесс отстаивания предполагает расслаивание дисперсионной среды на определенные слои – верхний (плавающие пленки), средний – водная среда, нижний – тяжелая масса (оседающие частички). Бывают вертикальные и горизонтальные отстойники, применяемые для выделения основной массы взвешенных и коллоидных элементов.

Они предназначаются для отделения частиц, которые не растворяются и бывают двух видов: горизонтальные или вертикальные. Все отстойники выполняют свою функцию на первом этапе очищения водной массы, когда идет отбор крупных нерастворимых частиц. Суть процесса заключается в скоплении и оседании на дно механических решеток остатков нерастворимых веществ. При этом расслаиваются все стоки, поступившие в отстойник на три слоя: верхняя пленка, средний слой-вода и тяжелый осадок – третий слой. Под действием сил тяжести и постоянной работы вертикальных или горизонтальных модулей в отстойниках происходит очистительный процесс без гидролиза (смешивание с водой) и загнивания, а также дальнейшего загрязнения растворившимися частицами. Тяжелый осадок откачивают насосами и обезвоживают.

Схема вертикального отстойника

Бензомаслоотделители и нефтеловушки — отстойники с тонкослойными модулями

Для того, чтобы удалять нефть, жир, масла используются специального назначения отстойники которых имеются со специальными пластинами из материала, способного притягивать к себе взвешенные фракции жира, масел, нефтепродуктов. Следовательно, надо не только притягивать частицы, но и оттолкнуть воду. Результат оказывает введенный коагулянт, создающий подходящую среду для нерастворимой массы. А при помощи гравитации наверх начинают продвигаться частички жира, масел и попадают в жироуловители – такие специальные отсеки, где оседают тяжелые элементы и всплывают не тяжелые частицы.

Очистка в гидроциклонах

Гидроциклон — аппарат, нацеленный на создание в процессе вращательных движений сил центробежного направления, способных отделять тяжелые частицы, которые поступают в накопитель, расположенный в нижней части очистителя. Вода в очиститель поступает сверху и двигаясь по спирали создает центробежные силы, способные выталкивать очищенную воду в отверстие наверху.

Песколовки – мембраны ловушки

Данные приспособления используют для отделения песочных частиц и их разновидностей. Для этого используют: центрифугирование, фильтрацию и микро фильтрацию. Широко применяют тангенциальные песколовки, работающие по принципу вращения, поступающая вода сверху вниз по кругу, а наверх в центре поднимается. У такой центрифуги скорость невысока и песок периодически осаждается, вода осветляется. Песочные осадки утилизируются.

Центрифугирование

Метод очистки с использованием центробежных сил, образующихся в процессе движений, способствующих отделению загрязненных взвешенных элементов называется центрифугированием.

Центрифугирование является энергоемким процессом, т.к. происходит вращение корпуса, которое используются для удаления мелкодисперсных осадков из сточных вод. Центрифугирование реже используют, чем методы осаждения и фильтрования. Поэтому их использование целесообразно, когда необходимо сохранить выделенный остаток, представляющий собой ценный продукт для локальной очистки производственных вод, предназначенный для дальнейшего использования.

Центрифугирование применяют и тогда, когда состав воды мелкодисперсный и если нельзя применять реагенты для очистки. Этот метод способен значительно сократить площадь, необходимую для установки оборудования. Центрифуги также используются для обезвоживания осадков сточных вод.

Фильтрация

Фильтрация предполагает использование специальных фильтров и систем перегородок, способных задерживать твердые фракции, выпускать воду. Материал фильтра –пенополиуритан, полистирол, полипропилен (синтетика) и песок кварцевый, керамзит, дробленный гравий, бурый уголь — природные ингредиенты. Фильтры могут быть с системой восходящей и нисходящей. Каждый из этих видов может иметь место, но самый эффективный и менее затратный фильтр с потоком нисходящим вниз, а фильтр с восходящим потоком быстро заиливается.

1 — подача воды на фильтрование; 2 — выход обработанной воды; 3 — подача воды на нижнюю промывку; 4 — сброс промывной воды; 5- вантуз; 6 — верхнее распределительное устройство; 7 — фильтрующий материал; 8 — дренаж; 9 — опорожнение

Микрофильтрация

Микрофильтрация – способ удаления самых мелких частиц из загрязненной воды Микрофильтрами возможно отфильтровать самые мелкие частицы размером от 0,1-1мм. Полимеры, керамические остатки, стекло, металл — способны нейтрализовать микро фильтрация. В аппаратах установлены мембраны.

Особенности биоочистки

Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод – это один из этапов комплексной очистки, которому предшествует механическая очистка и за которым следует химические методы связывания загрязнителей и уничтожения возбудителей заболеваний. С учетом масштаба очистных сооружений и усредненного состава стоков выбирается оптимальный метод биоочистки с дополнительной аэрацией или без нее, с возвратным внесением активного ила, системой противотоков и другими вспомогательными средствами для достижения приемлемых показателей очищенной воды на выходе.