Как работают очистные сооружения. Очистные сооружения как работают?

Объем сточных вод, подлежащих очистке, напрямую зависит от числа жителей, что означает, что норма водоотведения в большинстве случаев соответствует норме водопотребления. Для обработки значительных объемов сточных вод требуются соответствующие резервуары и контейнеры. Это обстоятельство вызывает интерес к проектированию и эксплуатации очистных систем, таких как БИОТОК М и БИОТОК Р.

Очистные сооружения

Очистные сооружения представляют собой комплекс специализированного оборудования, предназначенного для очистки сточных вод в соответствии с установленными стандартами и с учетом специфических местных равнозначных условий и требований. Очищенная после процесса вода может либо сбрасываться в водоем, либо направляться в канализационную систему для прошедшей вторичной очистки. Также очищенные сточные воды могут использоваться для технических целей в различных областях промышленности, таких как орошение или в производственных процессах.

Процесс очистки сточных вод осуществляется в несколько последовательных этапов, которые могут включать следующее:

• Механический. На данном этапе удается удалить до 75% стоковых загрязнений, включая различные примеси, такие как жиры и твердые предметы.
• Биологический. Этот этап включает удаление загрязнений с использованием микроорганизмов, которые перерабатывают органические компоненты, азот, фосфор и прочие вещества в менее опасные продукты, что способствует охране окружающей среды.
• Физико-химический. Данный метод применяется для очистки нерастворимых загрязнителей, таких как взвеси, тяжелые металлы, цианиды и фториды, основываясь на использовании химических реагентов, которые способствуют коагуляции, что позволяет образовывать укрупненные частицы, оседающие на дно резервуаров и удаляемые специальными механизмами.
• Химический. В этом этапе растворенные в сточных водах химические соединения подвергаются обработке специальными реагентами, преобразующими их в нерастворимые формы, которые затем либо осаждаются на дне, либо образуют на поверхности жидкости пену, которую удаляют механически.
• Ультразвуковой. Этот метод используется как один из способов дезинфекции сточных вод, уничтожая микроорганизмы благодаря влиянию ультразвуковых волн.
• Обработка ультрафиолетом. Это один из наиболее распространенных способов дезинфекции, при котором поток воды проходит через установки с ультрафиолетовыми облучателями, уничтожающими большую часть патогенных организмов.
• Обратный осмос. Это самый эффективный и затратный метод очистки, применяемый для получения сточных вод, которые могут повторно использоваться в производственных циклах, создавая замкнутый цикл водопотребления.
• Очистка на ионообменных фильтрах. Этот метод используется для удаления из сточных вод таких ионов, которые не могут быть отфильтрованы с помощью простых коагулянтов или флокулянтов, например, ионов железа.

Все упомянутые этапы очистки применяются при проектировании и строительстве очистных сооружений, в результате чего формируется интегрированный пакет технологий, обеспечивающий соответствие установленным требованиям. Эта совокупность мероприятий разрабатывается индивидуально для каждого предприятия, принимается во внимание не только тип источника загрязнения, но и местоположение объекта, а также его цели и задачи.

Устройство очистных сооружений (ОС)

Резервуар для обратной промывки

Принцип работы, конструкция и технологическая схема очистных сооружений должны индивидуально разрабатываться с учетом типа сооружения, назначения очищаемой воды, типа загрязнений и выполняемых работ.

Основные типы ОС:

Очистные сооружения могут быть классифицированы в зависимости от их назначения:

Они очищают воду для технического или питьевого водоснабжения с целью обеспечения качественной воды на выходе.

Станция водоподготовки предназначена как для сброса очищенной воды в водоем, так и для ее повторного использования на предприятии.

Санитарные установки также классифицируются по определенным техническим характеристикам, таким как:

• Объем;
• Режим непрерывного функционирования или периодичности эксплуатации;
• Гидродинамический принцип;
• Организация перемещения жидкостей в ОС;
• Иные показатели.

Водопроводные очистные сооружения

Требования к санитарным установкам выше, поскольку непосредственно от них зависит безопасность конечного потребителя. Методы, используемые для очистки воды, снижения её жесткости и дезинфекции, выбираются в зависимости от источника получаемой воды. Например, бытовая вода подлежит проверке на содержание тяжелых металлов, токсинов и органических соединений, что позволяет обеспечить её безопасность для здоровья.

Существует несколько типов водоочистных станций:

• Станция очистки бытовых сточных вод: предназначена для очистки воды, которая будет использоваться человеком, как в домашних хозяйствах, так и в общественных местах.
• Установка для очистки промышленных сточных вод: используется различными предприятиями, занятыми в разных отраслях промышленности, для обеспечения соблюдения экологических стандартов.

Определение и назначение

Очистные сооружения для промышленных сточных вод представляют собой сложные объекты, которые предназначены для решения важнейших проблем, связанных с экологией и здоровьем человека. Объем сточных вод продолжает расти, при этом на рынке появляются новые виды моющих средств, которые сложно удалить из воды и сделать её безопасной для повторного использования.

Система используется для забора определенного количества сточных вод из городской или местной канализации, очистки их от всех видов загрязнений и органических веществ, а затем сброса в природные водоёмы с помощью насосного оборудования или путем самотека.

Принцип работы

На очистных сооружениях происходит удаление следующих загрязняющих веществ:

• Органические (фекалии, остатки пищи и др.);
• Минеральные (песок, камни, стекло);
• Биологические;
• Бактериологические.

Из всех типов загрязнений наиболее опасными являются бактериологические и биологические. Их разложение может высвобождать вредные токсины и нежелательные запахи, что, в свою очередь, повышает риски для здоровья населения. При отсутствии надлежащей обработки такие загрязнения могут стать причиной вспышек инфекционных заболеваний, включая дизентерию или тиф. Чтобы предотвратить подобные угрозы, очищенная вода подвергается повторной проверке на наличие патогенных организмов и лишь затем сбрасывается в естественные водные источники.

Процесс функционирования очистных сооружений включает поэтапное отделение грязей, песка, органических веществ и жиров. Далее полуочищенная жидкость направляется в пруды с содержащими бактериями, которые занимаются переработкой мелких частиц. Эти колонии микроорганизмов известны как активный ил. Стоит отметить, что бактерии тоже выделяют свои отходы в воду, поэтому после завершения удаления органических веществ следуют дополнительные этапы очистки для удаления самих бактерий и их метаболитов.

На большинстве современных очистных заводов фактически нет отходов: извлеченный песок используется для строительных нужд, а активные бактерии прессуются и затем используются в качестве удобрений на сельскохозяйственных полях. Очищенная вода либо возвращается потребителям, либо сбрасывается в реку.

Виды и устройство очистных сооружений

Сточные воды бывают различных формаций, поэтому установки должны соответствовать уровню загрязнения и качеству получаемой жидкости. Они могут быть дифференцированы на:

• Бытовые отходы: это использованная вода из жилых помещений, школ, детских садов и ресторанов;
• Промышленные сточные воды: помимо органики включают в себя химические вещества, нефтепродукты, соли и требуют более сложных методов очистки, так как бактерии не способны расщепить такие загрязнители;
• Дождевые сточные воды: основное внимание уделяется удалению мусора, смываемого в канализацию, так как данный тип воды менее загрязнен органическими веществами.

В зависимости от объема сточных вод и их обработки, станции могут классифицироваться следующим образом:

• Городские: обслуживают все сточные воды, поступающие с большой территории. Эти объекты имеют высокую пропускную способность и обычно расположены вдали от жилых зон или проектируются с закрытыми системами для минимизации запаха;
• Локальные очистные сооружения (ЛОС): предназначены для обслуживания малых населенных пунктов, например, дачных территорий;
• Септики: являются разновидностью ЛОС и используются в частных домах или небольших группах домов;
• Мобильные установки: применяются в ситуациях, где очистка требуется на временной основе.

Кроме сложных очистных сооружений, таких как станции биологической очистки, также существуют более примитивные устройства, включая жироуловители, песколовки, решетки, экраны и отстойники.

Устройство станции биологической очистки

Этапы очистки воды на станции сточных вод включают в себя:

• Механическую очистку;
• Первичный отстойник;
• Аэротенк;
• Вторичный отстойник;
• Доочистку;
• Обеззараживание.

На промышленных предприятиях дополнительно существуют баки для реагентов и специальные фильтры для отсева масел, мазута и других загрязняющих веществ из сточной воды.

При приеме сточных вод первоначально освобождают от механических примесей, таких как пластиковые бутылки, остатки упаковки и другие твердые отходы. После этого вода проходит через пескоотделители и жироотделители, а затем поступает в первичный отстойник, где крупные частицы оседают на дно и удаляются специальными механическими скребками в загрузочный бункер.

Следующим шагом служит подача воды в аэротенк, где аэробные микроорганизмы поглощают органические частицы. Для повышения эффективности в аэротенк дополнительно подают кислород, что способствует активному размножению бактерий. После завершения осветления сточных вод избыточная масса микроорганизмов подлежит утилизации. Этот процесс осуществляется во вторичном отстойнике, где частицы микроорганизмов оседают, часть из них возвращается в аэротенк, остающаяся масса сжимается и утилизируется.

Предварительная очистка представляет собой дополнительный этап фильтрации. Не все установки могут быть оснащены углеродными фильтрами или мембранами, однако данный процесс может полностью удалить органические загрязнители из сточной жидкости.

Заключительным этапом является применение хлорирования или повышенное ультрафиолетовое облучение для уничтожения патогенных микроорганизмов и повышения безопасности очищенной воды.

Интерактивная схема очистных сооружений

Наведение указателя мыши на изображение предоставляет доступ к описаниям различных элементов

Блоки глубокой очистки

Глубинные осветлители представляют собой высокие цилиндрические резервуары, в которых выполняются процессы коагуляции и флокуляции. После обработки реагентами сточные воды проходят через отстойники, оснащенные системами тонкой очистки, позволяющими устранить коагулируемые частицы взвешенных веществ.

Блоки биологической очистки

Блоки биологической очистки также представляют собой цилиндрические вертикальные резервуары. Эти установки содержат специализированное оборудование, обеспечивающее эффективную биологическую очистку сточных вод. Внутри блоков находятся как анаэробные, так и аэробные зоны, где осуществляется технологическая загрузка, на которой постоянно размножается и развивается активная иммобилизованная биомасса.

Установки УФ-обеззараживания

Ультрафиолетовое излучение представляет собой естественный метод дезинфекции, основанный на фотохимических реакциях, которые необратимо разрушают ДНК и РНК микроорганизмов. Это приводит к неактивированию микроорганизмов и потере ими способности к размножению. Этот метод действует непосредственно: время, необходимое для дезинфекции в режиме протока, составляет от 1 до 10 секунд.

Воздуходувка

Сжатый воздух для технологических нужд, таких как аэрация в биологических очистных сооружениях, а также регенерация нагрузок, подается ленточными воздуходувками, что обеспечивает необходимый уровень кислорода для эффективного роста микроорганизмов.

Реагентное хозяйство

Прежде чем биологически очищенные сточные воды поступят на станции глубокой очистки, они проходят предварительную обработку коагулянтами и флокулянтами, чтобы достичь постоянного качества очищенной сточной воды, соответствующего установленным стандартам для сброса в рыбохозяйственные водоемы.

Дозирование растворов реагентов на этих заводах осуществляется автоматически, что существенно облегчает процесс контроля очистки.

Механические решетки

Установленные в здании механические решетки с диаметром ячеек 4,0 мм обеспечивают эффективное удаление крупного мусора из сточных вод. Меньшие зазоры и работающий в процессе резонансный режим позволяют образовывать дополнительный фильтрующий слой, что также способствует удалению мелкого мусора, включая трудносъемные фибринозные загрязнения.

Песколовки

После решеток сточные воды поступают в тангенциальные песколовки, где осуществляется очистка от песка и подобных загрязняющих веществ. Песок, наклоненно задержанный в этих устройствах, аккуратно отводится на бок с помощью гидростатического давления в песчаную камеру, откуда его позже удобно утилизировать.

Шнековый обезвоживатель

Основное устройство для обезвоживания – это барабан обезвоживания, который делится на две секции: зону предварительного уплотнения и зону обезвоживания. Внутри барабана постоянно вращается шнек, скорость которого сокращается от зоны сгущения к зоне обезвоживания. Барабан включает ряд неподвижных и подвижных элементов из нержавеющей стали, обеспечивающих эффективный процесс обезвоживания.

Классификация сточных вод

Разделение сточных вод на категории производится на основе их источников и типов загрязнителей. Бытовые сточные воды (включая фекальные сточные воды) загрязнены веществами как неорганического, так и органического происхождения, а также бактериями. В нашем повседневном использовании, например, при умывании, принятии душа, использовании туалета, приготовлении пищи, мы образуем сточные воды, которые загрязняются разнообразными примесями. При этом около 50% загрязняющих веществ составляют органические компоненты. В этом контексте также учитываются фосфор, азотные группы, жиры и коллоидные загрязнители, что подчеркивает необходимость эффективной очистки.

Для промышленных сточных вод разбираются два основных типа:

• Условно чистые стоки: образуются в процессе работы оборудования для охлаждения, к примеру, бытовых приборов, таких как холодильники и кондиционеры, и не содержат специфических загрязняющих примесей.
• Загрязненные стоки: могут содержать опасные ядовитые и радиоактивные вещества, что требует особого обращения и методов очистки.

Технологическая схема очистных сооружений

На схеме представлено оборудование очистных сооружений, в том числе: 1. очистные сооружения; 2. камера сбора; 3. флотационное устройство; 4. флотационный концентратор осадка; 5. сборщик нефтешлама; 6. насос с крыльчаткой; 7. обезвоживающий фильтр; 8. установка депарафинизации; 9. пластиковый бак; 10. распределитель; 11. установка биологической очистки; 12. установка уплотнения осадка; 13. вентилятор; 14. смеситель; 15. установка доочистки; 16. установка УФ-дезинфекции; 17. установка технического водоснабжения; 18. промывочное устройство; 19. реагентная установка.

Дождевая и стоячая вода обычно загрязнены неорганическими примесями, однако сточные воды промышленных предприятий могут также содержать органические и опасные вещества. Дезинфекция такого типа воды обычно осуществляется с использованием химико-физической обработки.

Нередко встречаются смешанные сточные воды, которые одновременно содержат различные типы загрязнителей.

Примером могут послужить сточные воды с заводов, которые включают:

• Производственные сточные воды: получаемые в процессе технологических производств;
• Бытовые сточные воды: сформированные от работников предприятий;
• Атмосферные сточные воды: вызванные атмосферными осадками или сминением снежного покрова на территории производственного объекта.

Загрязняющие вещества сточных вод подразделяются на различные категории:

• Минеральные: химические соли, песок, земля и другие неорганические компоненты;
• Органические: нефть, углеводороды, фенол, спирты, кислоты и другие различные соединения;
• Биологические: в основном продукты жизнедеятельности населения;
• Бактериального происхождения: различные бактерии и микроорганизмы.

Эти загрязнители могут присутствовать в воде в нерастворимой, растворенной и коллоидной формах, что делает процесс очистки более сложным и многоступенчатым.

Органические загрязнители вызывают наибольшую опасность с точки зрения гигиены, так как при разложении они выделяют токсичные газы (с такими как сероводород, аммиак, углекислый газ), а также образуют микробы, способные спровоцировать серьезные инфекционные болезни, такие как тиф и дизентерия. Поэтому их удаление на этапах очистки стоит в центре внимания всех современных технологий.

Этапы очистки сточных вод

Традиционно выделяют три основные фазы процесса:

• Механический этап: применяются сита, решетки, отстойники, песколовки, жиро- и нефтеуловители. Здесь содержание взвешенных веществ уменьшается на 40-60%, а биохимическое потребление кислорода (БПК), определяющее степень загрязненности органикой, – на 20-40%.
• Биологический этап: используются аэротенки, биофильтры. Этот этап позволяет снизить содержание взвешенных веществ и БПК до 15-20 мг/л, что обеспечивает высокого качества воды, отвечающей санитарным нормам.
• Физико-химический этап: задействованы сорбционные фильтры, УФ-лампы, обработка химическими реагентами. Данная стадия позволяет окончательно очистить сточные воды до таких значений, что они могут сбрасываться в водоемы рыбохозяйственного назначения.

В процессе проектирования и строительства очистных сооружений применяется каждый из перечисленных этапов, образующих единую систему, рассчитанную на достижение установленных стандартов. Важно отметить, что здесь рассматривается только система для бытовых сточных вод, тогда как для обработки промышленных сточных вод могут использоваться дополнительные методики для снижения концентрации опасных химических соединений и токсинов.

Состав очистных сооружений канализации

Стадии очистки воды

Механическая стадия

Эта стадия является обязательной на всех станциях очистки сточных вод и первой из трех основных стадий. На этом этапе применяются песколовки и сита, которые решают задачу удаления:

• бумажных остатков;
• ватных и текстильных отрезков;
• кусков тряпок;
• фрагментов упаковки;
• других посторонних предметов.

Первым элементом, с которым сталкиваются сточные воды, является специальный резервуар, обеспечивающий время для компенсации пиковых нагрузок. Высокопроизводительные насосы обеспечивают равномерную перекачку воды на всех этапах очистки. Не следует недооценивать механический этап – именно на этом уровне удаляется до 75% засоров.

Примечание: очень крупные взвешенные твердые вещества, такие как банки и бутылки, остатки пищи и медицинских препаратов, пластиковые изделия и порой даже мелкий строительный мусор, пыль, грязь и земля также могут попасть в систему сточных вод.

Чтобы такие засоры никогда не мешали нормальному функционированию станций тонкой очистки, используются решетчатые установки и сита, которые задерживают все, что превышает 1,6 см в диаметре. После предварительной сортировки эти отходы перерабатываются на месте или утилизируются на специально отведенные полигоны или предприятия, занимающиеся переработкой. Жироуловители удаляют загрязнения, которые могут всплыть на поверхность, включая кулинарные жиры и различные продукты нефтепереработки. Удаление происходит так же, как и в случае с песколовкой, но на поверхности, а не в глубине.

Первичный отстойник

Это структуры, в которых мелкие частицы удаляются из сточных вод под действием силы тяжести. Они могут быть выполнены в различных формах: вертикальной, горизонтальной или радиальной. При этом горизонтальные системы более эффективны, но требуют больших площадей. Вертикальные требуют глубины – что не всегда возможно, а радиальные не так эффективны, но дешевле в производстве.

Аэротенк

Это система, в которой воздух подается в сточные воды с помощью механических или пневматических устройств. Аэрационные бассейны весьма эффективны в этом процессе, температура воды в которых постоянно поддерживается выше 5 градусов Цельсия. Успех данного этапа зависит от соотношения загрязняющих веществ и активного ила, а также от содержания кислорода в воздухе.

Вторичный отстойник

Это устройства, которые задерживают нерастворимые вещества. Одна из важнейших задач – работа с избыточным илом, где осуществляется отделение мертвой биологической пленки. Геометрическая форма такова же, как и для первичной стадии.

Производители

Среди заводов, которые специализируются на поставках оборудования для очистных сооружений, можно выделить:

• HAOR;
• Ulu Pandan;
• НПО «Агростройсервис»;
• Norma;
• «Эколос»;
• НПО «Российские очистные сооружения»;
• НПК «ТехВодПолимер»;
• ПО «Взлет»;
• «ЭкоКомпозит».

Какие факторы учитываются при проектировании?

Одним из самых важных параметров в процессе проектирования системы очистки является требуемая мощность, которая всегда определяется с определенной осторожностью, дабы избежать неприятных последствий в будущем. Кроме того, важно провести статистический анализ лабораторных наборов данных. Это позволяет выбрать оптимальное количество этапов очистки, лучших кадровых технологий и параметры установки.

При расчете гидравлических систем необходимо учитывать физические параметры участка и его топографию; ошибочные расчеты, касающиеся ритма откачки, могут привести к серьезным последствиям.

Кроме того, необходимо изучить следующие аспекты:

• Градостроительный план или его аналог для территории предприятия;
• Условия поступления сточных вод;
• Требования к условиям сброса после очистки;
• Данные инженерных и геологических изысканий;
• Прогноз роста объемов сточных вод по мере развития территории и увеличения производственных мощностей.

Блоки и модули

Блочные и модульные очистные сооружения позволяют проводить более эффективную и глубокую очистку сточных вод. Такие установки зачастую встречаются на фабриках, фермах и промышленных предприятиях.

Применение блоков и модулей предоставляет возможность достижения следующих целей:

• Обеспечение высокого качества итогового результата очистки;
• Снижение доли иловых отложений в очищенной воде;
• Защита окружающей среды от деградации и вредного воздействия;
• Возможность повторного использования очищенной воды.

Блочно-модульные системы превосходят более простые очистные сооружения по эффективности и производительности. Их мощностей достаточно для обеспечения всех жилых домов в районе. Блоки и узлы прекрасно переносят резкие изменения температур и могут функционировать в регионах с суровым климатом.

Какой вариант лучше

Выбирая конкретную систему, следует учитывать следующие критерии:

1. Общий объем сточных вод, который будет производиться на объекте за 24 часа.
2. Расположение очистных сооружений – под землей или на поверхности. Местности с высоким уровнем подземных вод требуют использования поверхностных коммуникаций.
3. Состав частей очистных сооружений: перечень конкретных секций обычно включается в документацию к установке.
4. Специфика монтажа очистных сооружений. Наиболее пригодны для самостоятельной установки пластиковые септики.

Существует несколько типов очистных сооружений, которые полностью автономны. Все они правильно функционируют в соответствии с требованиями местного законодательства. Для объектов, требующих обслуживания с использованием канализационной машины, необходимо обеспечить соответствующий доступ к участку.

Специфика проектирования

При проектировании канализационной системы важно учитывать все возможные риски, которые могут влиять на эффективность работы системы. Также необходимо следить за соблюдением действующих законодательных норм и стандартов, направленных на защиту окружающей среды. Создание очистных сооружений возможно только в рамках санитарно-защитных зон.

Проектирование требует уважения к следующим факторам:

• Размеры и объем системы;
• Наиболее адекватные модели;
• Глубина залегания грунтовых вод;
• Уровень промерзания грунта на участке;
• Производительность модулей;
• Специфика систем очистки;
• Процедура монтажных работ.

Чтобы избежать недочетов, налагаемых санитарными служба, необходимо иметь в наличии определенные документы, такие как:

• Договор или соглашение о приобретении или аренде земельного участка.
• Чертеж системы коммуникаций и блоков конструкции.
• Результаты проверок и инспекций от соответствующих органов.
• Технические условия эксплуатации водных ресурсов.
• Информация о количестве извлекаемой воды.
• Подробное описание проектируемых очистных сооружений.

Исследование различных типов очистных сооружений показывает, что на каждом этапе очистки можно выявить как преимущества, так и недостатки, требующие анализа и проработки грамотных подходов к каждому конкретному объекту.