блочно-сборные очистные сооружения
Комплекс

Комплекс «Нептун» - технология и станции очистки сточных вод XXI века

Поддержание экологической безопасности среды обитания человека является важнейшей задачей современности.

Вода - основа жизнедеятельности и производственной деятельности человека. Сохранение объема и чистоты запаса пресной воды обеспечивается процессами кругооборота в природе. Нарушение одного из звеньев этого процесса ставит под угрозу существование всего живого на Земле.

Сейчас, когда объем водопотребления сравним с объемом запаса пресной воды, природные процессы не могут справиться с потоком загрязнений, поступающих с возвращаемой после использования человеком водой. В результате качество воды наименее защищенных поверхностных источников постоянно снижается.

За последние 30 лет в поверхностных водах содержание нефтепродуктов, СПАВ, тяжелых металлов увеличилось в 100 - 1000 раз. Отмечено ухудшение качества и более защищенных подземных вод.

Отрицательное влияние производственных, хозяйственно-бытовых, а также поверхностных (дождевых, талых) сточных вод на формирование природных вод является общепризнанным.

С целью снижения этого влияния были ужесточены требования к воде, сбрасываемой в водоем. Повсеместно, очищенные сточные воды не должны содержать загрязняющих веществ более ПДК, установленных для воды водоема рыбохозяйственного значения. Количество норми­руемых ингредиентов достигает 30.

Но физико-химические показатели не могут полностью охарактеризовать природную воду. Она обладает определенной структурой, биологической активностью, информационной памятью и многими еще неизвестными нам свойствами. Владимир Иванович Вернадский, считал, что  «природная вода - это равновесная система с твердым телом, газом, живым существом».

Для оценки истинной экологической опасности сбрасываемых очищенных сточных вод в мировой практике используют метод биотестирования. С его помощью определяют обобщенный показатель токсичности воды для водных организмов, который в какой-то мере учитывает и степень нарушения неопределяемых, но очень важных свойств природной воды.

Чтобы обеспечить экологическую безопасность окружающей природной среды, в том числе и человека, мы должны возвратить в природную среду воду после использования в том виде, в котором ее взяли. При этом требуется не только изъять из воды загрязнения, привнесенные деятельностью человека, но и переработать их так, чтобы дополнительно не загрязнять окружаю­щую природу так называемыми «осадками сточных вод».

Авторами предлагается подход к решению вопроса сточных вод, содержащих загрязнения естественного происхождения - хозяйственно-бытовых, образующихся при переработке продуктов сельского хозяйства и животноводства, а также для смеси указанных сточных вод с локально очищенными сточными водами практически любых производств.

До недавнего времени наиболее распространенным методом обработки сточных вод явля­лась аэробная биологическая очистка в аэротенках, обеспечивающая так называемую «полную биологическую» очистку сточных вод и различные ее модификации, позволяющие более глубоко очистить сточную воду, в основном, за счет повышения количества работающей биомассы.

Однако увеличение количества обрабатываемых таким образом сточных вод не изменило тенденции постоянного ухудшения экологической ситуации. Экологическая оценка общей токсичности очищенной сточной воды показала, что, несмотря на удовлетворительные физико-химические показатели, вода, сбрасываемая после очистки в водоем, токсична для природных водных организмов.

Анализ естественных биологических процессов подтвердил, что аэробная и факультативно аэробная микрофлора использует для своей жизнедеятельности в первую очередь более простые, легкоокисляющиеся соединения, тогда как соединения сложного состава, трудноокисляемые, с очищенной сточной водой поступают в водоем.

Кроме того, находясь в условиях практически неограниченного количества легкоусваиваемого питания, микроорганизмы быстро размножаются, образуя значительные объемы так называемого «избыточного активного ила». Обработка его, а также «сырого» осадка, представляют задачу не менее сложную, чем очистка сточной воды.

Таким образом, затрачивая огромные материальные средства, мы сбрасываем в водоем токсичную для природных водных организмов воду и создаем новую проблему – проблему обработки осадка.

Природная среда устроена разумно и экономно. Попытаемся, используя процессы кругооборота воды в природе, подойти к очистке сточных вод более целесообразно.

Загрязнения хозяйственно-бытовых сточных вод в значительной степени представлены продуктами жизнедеятельности человека. Они содержат и микрофлору желудка и кишечника человека - факультативные анаэробы, работающие в прикрепленном состоянии и гидролизующие твердую составляющую пищи человека, превращающие сложные соединения в более простые, корректирующие окислительно-восстановительные реакции организма.

В традиционной схеме очистки сточных вод с первичным отстаиванием основная часть этой микрофлоры вместе с осадком исключается из дальнейшего процесса очистки, а оставшаяся часть попадает в аэробные условия аэротенка, где не может выполнить предназначенные ей функции.

Поэтому представляется целесообразным в начале технологической схемы очистки сточных вод использование технологии, моделирующей процессы, происходящие в желудке и кишечнике человека. В результате получается:

  • гидролиз твердой фазы загрязнений сточных вод, за счет чего исключается образование «сырого» осадка;
  • изъятие до 70% органических загрязнений без затрат кислорода при минимальном при­росте биомассы;
  • перевод сложных соединений в более простые, эффективно окисляющиеся в аэробных условиях, что создает предпосылки для получения экологически безопасной очищенной воды, приближающейся по своим свойствам к природной;
  • условия для эффективного осуществления процессов нитрификации, денитрификации, дефосфатации - залог получения очищенной воды, не содержащей биогенных элементов, приближающейся к природной, что предотвращает эвтрофирование природных вод.

Конструктивное оформление этих процессов не сложно - требуется емкость, оборудованная поверхностями-носителями для концентрирования микрофлоры исходной сточной воды и задержания твердой фазы загрязнений исходной сточной воды. Может быть использован обычный первичный отстойник, дооборудованный подходящими поверхностями-носителями микроорганизмов.

Следующая ступень технологической схемы - аэробная, работающая с комплексом взвешенных и прикрепленных микроорганизмов. Конструктивно емкость оформляется, как аэротенк с элементами биофильтра. Сооружение работает в режиме полного окисления при концентрации растворенного кислорода не менее 4 мг/л. Используется альгобактериальный биоценоз. В этой ступени удаляются органические соединения до 5 - 10 мг/л по БПКполн, осуществляются процессы нитрификации, дефосфатации, денитрификации. Прирост биомассы не превышает 7% от величины БПК исходной сточной воды. Экологическая оценка очищенной сточной воды - не токсична для природных водных организмов.

Доведение качества очищенной сточной воды до качества воды водоемов рыбохозяйственного значения происходит в аэробном сооружении, подобном аэротенку, но работающему только с прикрепленной микрофлорой, значительная часть которой представлена строгими аэробами. Только в этих условиях возможно из разбавленного субстрата, каким является очищенная вода предыдущего сооружения, обеспечить требуемую степень очистки. Концентрация растворенного кислорода в этом сооружении не менее 6 мг/л.

Повышение концентрации растворенного кислорода в аэротенках, работающих, как с комплексом взвешенных и прикрепленных микроорганизмов, так и только с прикрепленной микрофлорой, дает возможность использовать дополнительный прием формирования искусственной экосистемы с заданными свойствами.

Таким образом, создавая условия для включения в технологическую схему очистки сточных вод, возможно большее разнообразие групп микроорганизмов, ответственных за те или иные процессы, необходимые для достижения заданного результата, а также, используя совокупность биологических, химических и физических процессов так, как это происходит в природе, возможно вернуть в природную среду после использования человеком экологически чистую воду, соответствующую по своим свойствам природной. При этом технология глубокой очистки сточных вод приближается к безотходной, практически исключающей необходимость отдельной обработки осадка. Осадок анаэробно-аэробно стабилизирован, обеззаражен. Обеззараживание осуществляется микроводорослями, входящими в состав альгобактериального биоценоза.

Технология обеспечивает высокие технико-экономические показатели очистки, экологическую безопасность очищенной воды и осадка, ресурсо- и энергосберегаемость.

На основе технологии разработаны:

  • станции заводского изготовления производительностью 1-10000 м3/сут., получившие название «Нептун»;
  • технические решения и оборудование «Нептун» для реконструкции действующих очистных сооружений с целью повышения степени очистки до современных требований и/или увеличения производительности;
  • рекомендации для проектирования очистных сооружений канализации без ограничения производительности.

Отдельные элементы и технология, в целом, широко используются ведущими институтами РФ, частными фирмами при новом строительстве и реконструкции действующих сооружений.

Станции заводского изготовления «Нептун» комплектуются оборудованием, изготавливаемым, как у нас в стране, так и за рубежом.

Таким образом, очистные сооружения канализации поставляются в полном объеме.

Станции эксплуатируются в Якутии, Ярославской, Московской, Иркутской областях, внедряются в Самарской, Тюменской и других областях РФ.

Показатели качества очищенной сточной воды полностью удовлетворяют требованиям охраны природы.

Очищенная сточная вода характеризуется следующими показателями качества,мг/л:

  • взвешенные вещества 0,9-2,7;
  • ВПК 0,55-1,6;
  • азот аммонийный 0,3-0,35;
  • азот нитритов не обнаружен;
  • азот нитратов менее 4;
  • фосфаты по Р 0,09-0,8;
  • СПАВ от не обнаружен;
  • нефтепродукты не обнаружены;
  • ХПК 9,8-30;
  • общее количество бактерий 2000;
  • coli-индекс 20000 (до обеззараживания).

Станции предназначены для очистки сточных вод, содержащих загрязняющие вещества естественного происхождения, а также для очистки практически любых производственных сточ­ных вод, прошедших локальную очистку, т.е. являются универсальными.

В зависимости от загрязненности исходной сточной воды меняется соотношение между объемами ступеней очистки, используются те или иные материалы для прикрепления микроорганизмов и сорбции загрязняющих веществ.

Возможность изменения объемов ступеней очистки заложена в конструкции станций «Нептун».

Станции производительностью 1-6 м3/сут. работают без затрат электроэнергии на подачу воздуха, снабжение кислородом аэробных ступеней осуществляется развитой системой водосливов.

Станции производительностью 6-25 м3/сут. имеют два варианта конструкции - без затрат электроэнергии и с использованием воздуходувного оборудования. Каждая ступень технологической схемы размещена в отдельной емкости. Такую же конструкцию имеют станции производительностью 1-1000 м3/сут.

Имеется контейнерный вариант станции до 100 м3/сут.

В станциях «Нептун 50-300» и «Нептун 500-10000» ступени анаэробной и первой аэроб­ной обработки скомпонованы в одной емкости, а вторая аэробная ступень, так называемая ступень «доочистки» - в отдельной емкости.

Для очистки высококонцентрированных сточных вод, образующихся при переработке продуктов сельского хозяйства, животноводства и т.п. разработана станция «Нептун СХЖ», имеющая две отдельные анаэробные ступени очистки .

Таким образом, имеется возможность применения станции, в целом, в любой комплектации, а также применения отдельно любой ступени либо блока из двух ступеней. Необходимость применения отдельных ступеней или блоков чаще всего возникает при реконструкции действующих сооружений, а также при поэтапном новом строительстве, что практикуется в настоящее время из-за ограничения материальных средств.

Станции просты и надежны в эксплуатации, не имеют движущихся конструкций, перемещение и перемешивание объемов воды и осадка осуществляется с использованием воздуха.

Станции «Нептун 500-10000», модернизированные в 1999 году, являются наиболее ресурсо- и энергосберегаемыми. Они изготавливаются из стальных резервуарных конструкций с утеплением и кровлей, представляя собой самоотапливающееся сооружение, полностью защищенное от влияния внешних условий, т.е. могут применяться в любой климатической зоне. Эти станции монтируются на фундаментные плиты, укладываемые на поверхность земли, поэтому могут применяться в любых гидрогеологических условиях в том числе при высоком уровне грунтовых вод. Строительство таких сооружений требует минимального объема земляных работ.

Изготовление оборудования, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы станций производительностью 10000 м3/сут. продолжаются всего 3-4 месяца. Легко осуществляется очередность строительства.

Станции «Нептун 500-10000» имеют рабочую высоту 7 м, поэтому расходуют меньше энергии на подачу воздуха, а также размещаются на площадях в 3-4 раза меньших, чем требуется для станций других типов.

Общая площадь под станцию 10000 м3/сут. составляет 5000 м2 , из них 1500 м2 - под иловые площадки.

Стоимость станций «Нептун» не выше традиционных станций аэрации за счет перераспределения затрат между очисткой сточных вод и обработкой осадка.

При этом в природную среду возвращается после использования человеком вода, обладающая свойствами воды водоема рыбохозяйственного значения, и осадок, соответствующий характеристикам почвы.

Разумное использование материальных средств делает реально выполнимой задачу сохранения объема и чистоты запасов пресной воды в природе.

Казарян В.А. - академик ЖКА РФ, к.т.н.

Терентьева Н.А. - член-корр. ЖКА РФ, к.т.н.

Статья опубликована в журнале "ЧИСТЫЙ ГОРОД" №4(12), октябрь-декабрь 2000