Системы очистки хозяйственно бытовых сточных вод. Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод.

Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод предусматривает 3 основных этапа:

1. механическую (первичную) обработку - освобождение сточных вод от грубых и тяжелых примесей, взвешенных веществ;
2. биологическую (вторичную) очистку - освобождение осветленных сточных вод от растворенных органических веществ, находящихся в растворенном и коллоидном состоянии, в результате процессов биологического окисления микроорганизмами активного ила;
3. обеззараживание (освобождение сточных вод после механической и биологической очистки) от патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Иногда возникает необходимость в доочистке (третичной и даже четвертичной очистке) биологически очищенных сточных вод (когда качество возвратных вод не отвечает нормам сброса в водоем) в сооружениях разных конструкций. Таким образом, при необходимости максимально приблизить качество сточных вод к воде водоема, куда их сбрасывают, возможны пять этапов очистки. Но сегодня с целью очистки хозяйственно-бытовых сточных вод чаще всего используют технологии, предусматривающие механическую, биологическую обработку и обеззараживание.

Механическая (первичная) очистка хозяйственно-бытовых сточных вод предназначена для освобождения сточных вод от механических примесей, находящихся во взвешенном состоянии и имеющих диаметр частиц свыше 0,1 мкм. Сооружения механической очистки сточных вод в зависимости от назначения разделяют на две группы. К первой группе относят сооружения предварительной механической очистки - решетки, сита, песколовки, жироулавливатели и др. Ко второй группе относят сооружения окончательной механической обработки - горизонтальные, вертикальные, радиальные, двухъярусные отстойники, септики, осветлители-перегниватели, септики-дегельминтезаторы.

Механическая очистка сточных вод это довольно трудный технологический процесс, благодаря которому смесью из механических и физических методов из сточных вод полностью удаляются все нерастворимые примеси, что позволяет очистить воду. Основные типы современных фильтрационных систем, которые повсеместно используют сегодня это Аквагребень,Ситяной отстойник и Барабанное сито.

Предварительная механическая очистка сточных вод предназначена для освобождения сточных вод от грубых примесей, песка, пленок нефти, бензина, масел и пр.

Первым представителем сооружений механической очистки сточных вод являются решетки. Они предназначены для освобождения сточных вод от грубых частиц размером свыше 16 мм. Если их не удалить из сточных вод на этапе предварительной механической обработки, то они выпадут в осадок в сооружениях окончательной механической очистки - отстойниках. Такой осадок будет неоднородным, что ухудшит процесс его обезвреживания. То есть использование решеток дает возможность в отстойниках получить однородный осадок и этим облегчить технологический процесс его обработки и обезвреживания. Кроме того, решетки предназначены для предупреждения засорения насосов и труб при перекачивании сточных вод и их осадка.

Контруктивно решетки представляют собой ряд параллельных металлических прутьев, скрепленных вместе. Ширина прозоров между ними должна составлять 16 мм. Решетки расположены под уклоном, угол которого составляет 60-70°. Устраивают решетки, если на объекте канализования образуется свыше 25 м3 сточных вод в сутки. При необходимости решетки ставят перед насосными станциями меньшей мощности. Если количество отходов, которые задерживаются на решетках в течение суток, превышает 100 л (0,1 м3/сут), необходим механизированный способ очистки их от крупных примесей. Если количество отходов менее 0,1 м3/сут, допускается ручной способ очистки решеток.

Для определения количества отходов, которые могут задерживаться на решетках исходя из того, что при ширине прозоров между их прутьями 16 мм в год на 1 человека задерживается 5-6 л отходов. Тогда, если проектируют очистные канализационные сооружения для населенного пункта на 60 000 жителей, в сточные воды поступит 6 х 60 000 = 360 000 л отходов в год, а за сутки 360 000: 360 = 1000 л, или 1 м3/сут. Таким образом, при проектировании очистных сооружений для данного населенного пункта должен быть предусмотрен механизированный способ освобождения решеток от отходов.

В процессе осуществления государственного санитарного надзора за очистными сооружениями канализации врачу-профилактику нужно обращать особое внимание на организацию обезвреживания отходов, которые задерживаются на решетках. На очистных канализационных станциях большой и средней мощности их массу дробят в специальных аппаратах-измельчителях или решетках-дробилках, после чего сбрасывают в канал перед отстойниками или отводят непосредственно в метантенки. Для обезвреживания небольшого количества отходов лучше применять компостирование на специально предусмотренном и отведенном для этой цели земельном участке. Допускается закапывание отходов, обезвреживание их в биотермических камерах.

Если количество отходов превышает 0,1 м3/сут, кроме механизированной очистки решеток необходимо устройство грабельного отделения в отапливаемых помещениях со средней температурой воздуха в зимний период не ниже 16 °С. В технологических схемах канализационных станций небольшой мощности конструктивно решетки могут быть объединены с песколовками.

Полы в грабельном отделении следует устраивать не менее чем на 0,5 м выше расчетного уровня сточной воды в канале. Вокруг решеток с механизированной очисткой должен быть проход шириной не менее 1,2 м, а перед фронтом - не менее 1,5 м.

В помещении грабельного отделения предусматривают приточно-вытяж-ную вентиляцию с пятикратным обменом воздуха. Помещение грабельного отделения должно иметь достаточное естественное (КЕО 1-1,2%) и искусственное (не менее 50-75 лк) освещение и систему защиты от шума . Кроме того, должны быть предусмотрены надлежащие бытовые помещения для хранения верхней и спецодежды персонала, умывальник, душевая и т. д.

Обслуживающий персонал грабельного отделения, как и весь персонал очистной канализационной станции, должен быть обеспечен спецодеждой, моющими и дезинфицирующими средствами, проходить предварительный и периодический медицинский осмотры, согласно соответствующих приказов Министерства здравоохранения, регулярно обследоваться на носительство кишечных инфекций, получать профилактические прививки и т. п.

Песколовки предназначены для освобождения сточных вод от тяжелых минеральных примесей (минерального балласта, не требующего обезвреживания), главным образом песка, перед тем, как они попадут в отстойники. Песколовки следует применять на очистных канализационных станциях мощностью свыше 100 м3/сут. Для того чтобы в песколовках задерживался лишь минеральный балласт (песок) и не выпадали органические вещества, скорость движения сточной воды через песколовку должна составлять 0,15-0,3 м/с. Продолжительность прохождения сточной воды через песколовки - не менее 30 с. С учетом скорости прохождения сточной воды через песколовку или его секцию и продолжительности пребывания в ней минимальная длина песколовки должна составлять: 0,3 м/с х 30 с = 9 м. Объем песка, задерживаемого в песколовке, устанавливается в пределах 0,02 л на человека. Песколовок или их отделений должно быть не менее двух. Одно отделение чистят (освобождают от песка), а другое - работает. Удалять песок нужно не реже одного раза в 2 сут. Дно песколовки иногда делают дренированным, чтобы освободить песок от излишка влаги, облегчить его удаление и высушивание.

Высушивают песок на Песковых площадках. При проведении расчетов необходимой площади земельного участка под песковые площадки учитывают толщину слоя песка (3 м3 на площади песковой площадки в 1 м2), допустимого для накопления в течение года на песковой площадке. Например, для расчета необходимой площади земельного участка под песковые площадки очистной канализационной станции для населенного пункта на 60 000 жителей нужно учесть, что в течение года не песковую площадку от одного человека поступит 0,02 х 360 = 7,2 л песка, от всех жителей - 7,2 х 60 000= 432 000 л, или 432 м3.

Тогда площадь земельного участка под песковые площадки будет составлять 432: 3 = 144 м2, или 0,0144 га.

Излишек воды с Песковых площадок при помощи специально оборудованного дренажа отводится в канализационный коллектор перед песколовкой, то есть возвращается на очистные сооружения канализации.

Окончательная механическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод

Окончательная механическая очистка. Отстойники предназначены для окончательной механической очистки сточных вод путем их освобождения от взвешенных веществ, которые при снижении скорости движения воды под действием силы тяжести выпадают в осадок. Их можно применять как самостоятельные сооружения, когда по санитарным условиям достаточно удалить из сточных вод лишь механические примеси. Если местными условиями предусмотрена биологическая очистка сточных вод , то отстойники обязательно предшествуют сооружениям для биологической очистки. Кроме того, при использовании для биологической очистки определенных сооружений (например, аэротенков) возникает необходимость в отстаивании воды после них. Поэтому в зависимости от назначения отстойники разделяют на первичные, устраиваемые перед сооружениями биологической очистки, и вторичные - после них.

По конструктивным особенностям и направлению движения воды отстойники делятся на горизонтальные, вертикальные к радиальные. К отстойникам условно можно отнести и осветлители, в которых одновременно с отстаиванием сточные воды фильтруются через слой взвешенных веществ.

По условиям очистки отстойники разделяют на две группы:

1. без сбраживания осадка (горизонтальные, вертикальные, радиальные, имеющие сборно-распределительное вращательное оборудование;
2. со сбраживанием осадка (двухъярусные, осветлители-перегниватели, септики, септики-дегельминти-заторы).

Отстойники без сбраживания осадка применяют преимущественно в большой канализации при значительных объемах сточных вод образуемых в населенном пункте. В этом случае для дальнейшего обезвреживания осадка, после отстойников, необходимо устраивать специальные сооружения - метан-тенки. В метантенках происходит анаэробное сбраживание осадка. Отстойники со сбраживанием осадка применяют в малой канализации, когда необходимо обработать незначительные объемы сточных вод. При этом соответственно образуются незначительные количества осадка. В этих случаях в одном сооружении объединяют два процесса - отстаивание сточных вод и сбраживание осадка. Осуществляя санитарную экспертизу проекта канализации населенного пункта, следует помнить, что тип отстойника (горизонтальный, вертикальный, радиальный, двухъярусный, септик и др.) выбирают с учетом технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадка, которые предусмотрены проектом. Важно учитывать также мощность очистных сооружений, очередность их строительства, геологические условия, уровень залегания грунтовых вод, размеры и конфигурацию земельного участка, выделенного под очистные сооружения канализации и др.

Оценивая количество эксплуатируемых или проектируемых единиц, следует помнить, что технологической схемой очистки сточных вод должно быть предусмотрено устройство не менее двух первичных и трех вторичных отстойников. Важно то, что все отстойники должны быть рабочими. При устройстве минимального количества отстойников их расчетный объем следует увеличивать в 1,2- 1,3 раза.

Основные расчетные параметры отстойников определяют по СНиПу 2.04.03-85.

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольный резервуар

глубиной 4 м с соотношением ширины к длине не менее 1: 4. Отстойник имеет несколько отделений (два и более). Сточная вода по каналу подводится к торцевой стенке отстойника. Там она при помощи поперечного водосливного лотка равномерно распределяется по всей его ширине.

Движется сточная жидкость почти горизонтально - вдоль отстойника. С противоположной стороны сооружения предусмотрено наличие аналогичного сливного лотка для сбора осветленной воды. Осадок сточных вод в отстойнике собирается в приямок с помощью механических ило-скребков. Последние имеет разную конструкцию.

Рассчитывая горизонтальные отстойники, определяют размеры проточной (рабочей) и иловой частей. Наивысшую скорость движения воды в отстойнике (v) принимают за 10 мм/с. Расчетную продолжительность (t0TCT) отстаивания сточной воды в отстойнике определяют в зависимости от необходимой эффективности осветления (Э, %). Для небольших очистных канализационных станций при максимальном расходе сточной воды (qmax) она должна составлять от 0,5 до 1,5 ч. Эффективность осветления (Э, %) определяют в зависимости от допустимой концентрации взвешенных веществ в очищенных сточных водах (m, мг/дм3), с которой они могут быть отведены в конкретный водоем, и начальной концентрации взвешенных веществ в сточных водах, которые подлежат очистке (а, мг/дм3).

Горизонтальные отстойники можно вычислить также по нагрузке сточной воды на единицу площади водного зеркала отстойника (м3/м2), исходя из того, что на 1 м2 площади нагрузка должна составлять 1-3 м3 в 1 ч. Например, проводим расчет площади (s) горизонтального отстойника очистной канализационной станции для населенного пункта на 60 000 жителей с водоотведением 200 л/сут, или 0,2 м3/сут. Максимальный расход сточной жидкости в этом случае составляет 0,2 х 60 000 = 12 000 м3/сут, или 12 000: 24 = 500 м3/ч. Тогда площадь водного зеркала горизонтального отстойника для отстаивания сточной воды в течение 1 ч будет составлять 500: 3 = 167 м2. При продолжительности отстаивания 0,5 ч эта площадь может быть уменьшена до 85 м2. При продолжительности отстаивания 1,5 ч площадь должна составлять 250 м2. Объем рабочей камеры отстойника при продолжительности отстаивания в течение 1 ч будет составлять W = 500 х 1 - 500 м3; глубина отстойника H = W: S = 500: 167 = 3 м.

Кроме размеров проточной части отстойника (L, Н, В), в пределах которой оседают взвешенные вещества, следует также определить объем иловой камеры отстойника. Количество осадка, который выпадает в первичных отстойниках, составляет 0,8 л/сут на 1 человека. Влажность осадка зависит от способа его удаления. При самотечном удалении она составляет 95%, механизированном - 93%. Для городских сточных вод количество осадка (м3), которое выпадет в сутки в отстойнике, может быть определено по формуле: Wocj^ = 0,8 • N/1000, где N - количество жителей. Тогда для населенного пункта на 60 000 жителей объем иловой части отстойника (WocaA) будет составлять 0,8 х 60 000/1000 = 48 м3.

Горизонтальные отстойники предусматривают на станциях мощностью выше 15 000 м3 сточной воды в сутки. Их преимущество в том, что они обеспечивают высокий эффект осветления (до 50%) и стабильность в работе. Кроме того, сравнительно небольшая глубина (до 4 м) дает возможность применять горизонтальные отстойники на территориях с высоким уровнем залегания грунтовых вод. Недостатки горизонтальных отстойников - сложности в устройстве и незначительная надежность скребкового механизма для собирания осадка.

Вертикальные отстойники представляют собой круглые или квадратные в плане резервуары с конусным или пирамидальным дном. Имеют диаметр до 10 м. Сточная вода в сооружение поступает по лотку к центральной трубе. Достигнув отражательного щита, поток сточной воды меняет направление с нисходящего на горизонтальный, а затем на вертикальный восходящий. Во время вертикального восходящего потока происходит оседание взвешенных веществ. В осадок выпадают взвешенные вещества, имеющие большую гидравлическую характеристику, чем скорость восходящего потока сточной воды. Частицы с гидравлической характеристикой, отвечающей восходящей скорости сточной воды, находясь во взвешенном состоянии, агломерируются с другими. При этом их гидравлическая характеристика возрастает и они также со временем оседают. Частицы с меньшей гидравлической характеристикой, чем скорость восходящего потока, выносятся из отстойника.

Вертикальные отстойники применяют чаще всего на станциях мощностью до 20 00 м3/сут; иногда - до 50 00 м3/сут.

Недостатком вертикальных отстойников является то, что при значительной их глубине (7-9 м) и ограниченном диаметре строительная стоимость сооружений высокая.

Радиальные отстойники являются разновидностью горизонтальных. Это круглые неглубокие резервуары диаметром от 18 до 54 м. Например, первичные и вторичные радиальные отстойники на Бортничской станции аэрации г. Киева имеют диаметр 40 м. Радиальные отстойники предусматривают на очистных канализационных станциях мощностью свыше 20 00 м3/сут. Компонуют сооружения обычно в блоки из четырех отстойников. Сточная вода в радиальном отстойнике движется от центра к периферии. Она подается в сооружение по центральной трубе. Осветленная вода сливается в круговой желоб, откуда отводится по трубам или лоткам. Удаляется осветленная сточная вода с отстойника внизу или вверху.

Осадок, выпавший на дно отстойника, собирается к центру сооружения скребками, укрепленными на ферме, которая постоянно движется по монорельсу, установленному по периметру сооружения, и попадает в иловый приямок в центре отстойника. Из илового приямка осадок под давлением сточной воды высотой 1,5 м удаляется по трубам к иловому колодцу или всасывается при помощи плунжерных насосов.

Радиальные отстойники можно рассчитывать, как и горизонтальные, по гидравлической нагрузке, равной 1,5-3,5 м3 сточной воды в 1 ч на 1 м2 поверхности сооружения. Продолжительность отстаивания в зависимости от способа биологической очистки колеблется от 0,5 до 1,5 ч. Влажность выгружаемого осадка, равная 95% при самотечном удалении и 93% - при удалении насосами.

Недостатком радиальных отстойников является то, что при поступлении в них в течение суток сточной воды различной плотности (в зависимости от ее температуры, концентрации взвешенных веществ и пр.) образуются вихревые течения как по глубине, так и на поверхности сооружения, что ухудшает условия отстаивания.

Остаточные количества взвешенных веществ в сточной воде, которые отводятся из первичных отстойников на сооружения биологической очистки, не должны превышать 150 мг/л. Нарушение этих условий может привести к повышению продолжительности аэрации сточной воды и затрат воздуха в аэро-тенках, либо к заиливанию биологических фильтров.

На практике расчетная эффективность первичных отстойников не превышает 60%, а эффектективность осветления в них сточной воды составляет обычно 30-50%. Повысить эффективность работы первичных отстойников можно за счет устройства перед ними преаэраторов, благодаря которым их эффективность возрастет на 5-8%. В преаэраторах сточная вода продувается воздухом, вследствие чего происходит флокуляция коллоидных частиц, что способствует их более плотному оседанию в отстойниках. Однако во время движения сточной воды из преаэратора до отстойника часть хлопьев разрушается.

Кроме того, можно использовать вертикальные отстойники со встроенными преаэраторами - биокоагуляторами. В них, кроме воздуха, подается активный ил или биопленка из вторичных отстойников. Этот процесс называется биокоагуляцией. Благодаря биокоагуляции происходит адсорбция хлопьями активного ила взвешенных тонкодисперсных частиц и коллоидов и частичное окисление адсорбированных веществ. Эффективность осветления сточной воды в первичных отстойниках при таких условиях отстаивания возрастает до 65-75%. Благодаря биокоагуляции в сточной воде снижается на 25-35% БПК и содержание тяжелых металлов.

Тонкослойные отстойники имеют водоразделительную, отстойную, водосборную и иловую зоны. Зона отстаивания разделена полками или трубами. Отстаивание сточной воды происходит между полками высотой до 15 см. Высота тонкослойного пространства составляет 1-2 м. Скорость движения потока в полочных элементах равна 5-10 мм/с, а в трубчатых - до 20 мм/с. Изготавливают тонкослойные блоки из пластмассы, стали или алюминия. Они имеют угол наклона 45-60°. В тонкослойных отстойниках разных конструкций возможны следующие схемы движения сточной воды и осадка: 1) перекрестная, когда осадок движется перпендикулярно направлению потока сточной воды; 2) противопоточная, когда осадок удаляется в направлении, противоположном движению потока; 3) прямоточная, когда направление удаления осадка и движения потока сточной воды совпадают.

Самые эффективные тонкослойные отстойники с противопоточной схемой движения фаз - воды и осадка. Осадок "сползает" к иловому приямку, откуда он периодически удаляется. Вещества, которые всплывают, собираются в пазухи между секциями и удаляются лотком.

Тонкослойные отстойники применяют для осветления сточных вод, содержащих взвешеные вещества однородного состава в относительно незначительных концентрациях. Иногда их используют для второй ступени механической очистки сточных вод.

Двухъярусные (эмшеровские) отстойники (колодцы Имгофа) - отстойники со сбраживанием осадка. Их применяют для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод при мощности канализационных станций до 10 000 м3/сут. Это цилиндрической формы сооружение с коническим дном. В верхней части сооружения расположены осадочные желоба со щелью в нижней части по всей длине. Желоба фактически исполняют функцию горизонтального отстойника. По ним движется сточная вода и происходит осаждение взвешенных веществ, которые через щель попадают в нижнюю часть отстойника - иловую (гнилостную или септическую) камеру. Сточная вода попадает в осадочный желоб и отводится из него, как в горизонтальном отстойнике, при помощи водосливных лотков и полупогружных досок. Глубина желоба должна составлять 1,2-2,5 м. При большей глубине невозможно достичь равномерного распределения сточной воды по всему сечению желоба. Наклон стенок нижней (конической) части осадочного желоба должен составлять 50-60° к горизонту. Количество желобов зависит от размеров отстойника. В небольших отстойниках (диаметром до 5 м) устраивают один желоб, а в отстойниках больших размеров - два, но с таким расчетом, чтобы площадь свободного (не занятого желобами) пространства в отстойнике составляла не менее 20% общей площади отстойника в плане.

Скорость движения сточной воды в желобе должна составлять не более 7 мм/с (оптимально А -5 мм/с). Щель в желобе устроена так, что нижние его границы перекрывают одна другую на 0,15 м. Между щелью и поверхностью осадка сохраняется 0,5 м нейтрального слоя. Это дает возможность предупредить загрязнение осветленной в желобе воды продуктами гниения, выделяемыми во время сбраживания осадка. Газы, образуемые во время сбраживания осадка, выделяются в атмосферный воздух через свободное (не занятое желобами) пространство в отстойнике. Поднимающиеся с пузырьками воздуха частицы ила образуют нестойкую корку.

Преимущество двухъярусного отстойника в том, что сбраживание в нем осадка происходит без выделения газов, которые неприятно пахнут, с образованием более благоприятных продуктов. Осадок, выпавший в иловую камеру, сначала сбраживается под влиянием анаэробных бактерий, расщепляющих сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) до кислот жирного ряда. Затем на последующей стадии процесса сбраживания реакция среды меняется в сторону щелочной (pH 7-8), и уже другие бактерии разрушают органические вещества до конечных, более простых продуктов: метана, углекислоты и частично сероводорода. Температура в отстойнике поддерживается природным путем в пределах 10-15 °С, поэтому перегнивание осадка в иловой камере отстойника длится долго, до полугода (60-180 сут). Для такого длительного пребывания осадка в иловой камере последняя должна быть сконструирована большего размера. Продолжительность пребывания осадка в иловой камере, а следовательно, и ее объем, должны зависить от средней зимней температуры сточных вод, то есть от климатического пояса.

При правильной эксплуатации двухъярусного отстойника распад органических веществ в осадке сточных вод происходит по типу щелочного метанового брожения. Для этого сначала в иловой камере отстойника накапливается ил. Затем ему дают возможность перейти в стадию щелочного брожения, причем иловая вода над осадком также должна иметь такую же реакцию. В пусковой период в отстойник можно также вносить созревший ил с уже работающих отстойников, благодаря чему иловое пространство заражается надлежащей микрофлорой. Подготовленный таким образом отстойник переводят в рабочий режим. Незначительное, по сравнению с массой осадка в иловой камере, количество свежего осадка, попадающее ежедневно через щель желобов в среду с постоянной щелочной реакцией, подвергается влиянию микрофлоры, осуществляющей метановое брожение.

Перегнивший осадок удаляется из иловой камеры по трубе диаметром 200 мм благодаря гидростатическому давлению столба жидкости 1,5-1,8 м. Работа отстойника при этом не нарушается. Чтобы предотвратить кислое брожение с его отрицательными свойствами и не нарушить метановое брожение, осадок из отстойника удаляют не сразу, а незначительными порциями через каждые 10 сут.

Сброженный осадок, удаляемый из двухъярусного отстойника, не обладает неприятным запахом, имеет темный цвет из-за связывания сероводорода железом (FeS), легко отдает воду и быстро подсыхает.

Иногда на двухъярусном отстойнике устанавливают оборудование для сбора метана и используют газ в качестве топлива.

Осветлитель-перегниватель - разновидность двухъярусных отстойников. Это комбинированные сооружения, предназначенные для осветления бытовых и производственных сточных вод и сбраживания осадка, выпавшего из сточных вод, в специально выделенном объеме - перегнивателе. В состав сооружения входит осветлитель с природной аэрацией, концентрично расположенный вокруг перегнивателя.

Осадок, выпавший на дно осветлителя, при помощи трубы 10 направляется в приемный резервуар насосной станции, откуда при помощи насоса по напорному водоводу подается в верхнюю зону перегнивателя. Там этот осадок сбраживается. Примеси, всплывшие на поверхность осветлителя, также направляются в камеру перегнивателя. Для предотвращения образования корки в иловой камере осадок периодически перемешивается. Осветлитель-перегниватель обеспечивает более высокий эффект осветления сточных вод, чем двухъярусный отстойник, а сбраживание осадка в сооружении происходит интенсивнее.

Септики - отстойники со сбраживанием осадка. Их используют в канализационных системах с местными очистными сооружениями малой канализации. Чаще всего в этих условиях для биологической очистки сточных вод применяют различные сооружения подземной фильтрации, поэтому указанные канализационные системы называют системами с подземной фильтрацией сточных вод; с учетом основного очистного сооружения их разделяют на системы: с площадками подземной фильтрации; фильтрующими колодцами ; фильтрующими траншеями и пр. В указанных канализационных системах с подземной фильтрацией сточных вод обязательно должен быть септик. Он предназначен для предварительной обработки сточных вод перед их поступлением в фильтрующий слой почвы . В септике преимущественно механически очищаются сточные воды, то есть удаляются из них в осадок нерастворимые органические примеси и коллоидные частицы илового осадка. Кроме того, в септике происходят полная дегельминтизация сточных вод, разрушение значительной части растворенных органических веществ, гибнет патогенная микрофлора. Поэтому септик нужно рассматривать не только как сооружение для механической очистки сточных вод, но и такое, в котором происходят сложные биохимические процессы.

Требования к устройству септиков изложены в СНиП 2.04.03-85. Сокращенно они состоят в следующем: расстояние от поверхности земли до дна септика не должно превышать 3,2 м, поскольку из этой максимальной глубины возможно всасывание осадка насосом ассенизационной машины, которую используют для чистки септика.

Септики могут быть одно-, двух - и трехкамерными. В двухкамерном септике объем первой камеры должен составлять 0,75 от общего объема, второй - 0,25. В трехкамерных септиках объем первой камеры - 0,5, второй и третьей - по 0,25. Однокамерные септики устраивают при отведении от объекта канализации до 1 м3 сточных вод в сутки, двухкамерные - от 1 до 10 и трех-камерные - от 10 до 25 м3/сут. В септиках из железобетонных элементов - железобетонных колец - все камеры имеют одинаковый объем.

Для достижения надлежащего эффекта механической очистки сточные воды должны передвигаться в септике очень медленно и находиться в сооружении в течение 2,5-3 сут. Именно поэтому размеры септика должны быть такими, чтобы при поступлении на очистные сооружения до 5 м3 сточных вод в сутки полезная емкость его равнялась трехкратному притоку сточных вод; при поступлении свыше 5 м3/сут - 2,5-кратному притоку. Например, нужно определить объем септика для канализации объекта с количеством образуемых сточных вод 3 м3/сут. Тогда полезный объем септика будет составлять: 3 м3/сут х 3 сут = 9 м3. Причем септик должен быть двухкамерным, так как количество образуемых ежесуточно сточных вод превышает 1 м3, но не более Юм3.

Минимальные размеры септика: глубина (от уровня воды) - 1,3 м; ширина- 0,75 м; длина - 1 м. Эти размеры дают возможность работать внутри септика как во время его устройства, так и текущего ремонта в процессе эксплуатации. Что же касается основных оптимальных размеров септика, то его длина должна быть в 2-3 раза больше ширины. В больших септиках уровень сточных вод должен быть не менее 1,2 и не более 1,7. Свободное пространство между расчетным уровнем сточной воды в септике и его перекрытием должно быть не менее 0,35 м.

В перекрытии септика обязательно устраивают смотровые люки. Если септик однокамерный, то необходимо 2 люка. Их размещают над тройниками, через один из которых сточная вода подается в септик, а через другой - отводится из него уже осветленной. В двух - и трехкамерных септиках люки устраивают над каждой камерой опять-таки над тройниками. Через смотровые люки ежегодно очищают септик от осадка, проводят текущий ремонт. Минимальные размеры люка составляют 50 х 50 см для квадратных и диаметром 61 см - для круглых.

Вентилируют септик через стояк внутренней канализации здания, выведенный над крышей на 0,7 м. В связи с этим труба, по которой сточные воды подают в септик, должна быть размещена на 5 см выше уровня сточной воды в септике. В перегородках, разделяющих многокамерный септик, делают два ряда отверстий. Верхний ряд отверстий диаметром 15 см обеспечивает продвижение между камерами воздушных масс. Нижние края этих отверстий должны быть не ниже 0,2 м над уровнем сточной воды в септике. Общая площадь таких отверстий должна вдвое превышать площадь сечения вытяжного стояка. Газы, выделяющиеся в септике, попадают сначала в воздушное пространство (между перекрытием септика и уровнем сточной воды) септика, а оттуда по вытяжному стояку внутридомовой канализации - в атмосферу.

Сточная вода поступает в септик в толщу воды через тройник. Этим предотвращается взмутнение сточной воды и достигается равномерное ее распределение по всему рабочему сечению. Выводится осветленная сточная вода через тройник с противоположной стороны сооружения. Верхние отверстия тройников для удобства очистки оставляют открытыми. Для обеспечения вытяжной вентиляции они должны выступать над уровнем сточной воды в септике на 0,15 м. От внутренней поверхности перекрытия септика тройники размещают на расстоянии 0,025-0,05 м, в воду они должны быть погружены на 0,3-0,4 м.

Для передвижения сточной воды из одной камеры в другую в перегородках многокамерных септиков делают нижний ряд отверстий: прямоугольных размером 0,15 х 0,15 м или круглых диаметром 0,15 м. Ряд отверстий делают на расстоянии 0,4 H от уровня сточной воды в септике (Н - глубина рабочей камеры). Расстояние между отверстиями должно быть не менее 0,25 м. Обычно в ряду имеется 3-4 таких отверстия.

В септике, кроме механической очистки сточных вод от взвешенных веществ, происходят сложные биохимические процессы распада не только осадка, но и растворенных и коллоидных органических компонентов сточной воды. Сточная вода после отстаивания в септике (2,5-3 сут) направляется на соответствующие сооружения подземной фильтрации, а осадок остается в септике и находится там 0,5-1 год, иногда и дольше. Органическая часть осадка загнивает. В этот процесс вовлекается осадок, который снова выпал в септике, и сточная вода, проходящая через него.

Процесс гниения в септике развивается благодаря жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов, то есть микроорганизмов, живущих без кислорода воздуха. Основные компоненты сырого осадка - углеводы, жироподобные и белковые вещества - составляют 80-85%. Остальные 15-20% представлены лигнино-гумусным комплексом. Углеводы в осадке представлены полисахаридами, геми - и а-целлюлозой. Органические вещества при сбраживании распадаются, образуя жирные кислоты, метан, углекислоту, водород, спирты, оксид углерода и воду. Органические вещества, содержащие азот, распадаясь, образуют аммиак и свободный углерод, а содержащие серу, - сероводород.

Процесс распада органических веществ в септике осуществляется в две фазы. В первую фазу (фазу кислого брожения) распадаются азотсодержащие органические соединения, образуя в конечном счете аммонийный азот и жирные кислоты (уксусную, масляную и др.). Кроме того, в эту фазу выделяются газообразные вещества с очень неприятным запахом - индол, скатол, меркаптан и пр. Вторая фаза (фаза щелочного, или метанового, брожения) характеризуется дальнейшим распадом жирных кислот до метана, углекислоты и воды. Нормальная жизнедеятельность микроорганизмов в эту фазу происходит при нейтральной или слабощелочной реакции.

Таким образом, в септике в анаэробных благоприятных условиях под влиянием гнилостных микроорганизмов и их ферментов разрушаются сложные органические вещества до таких соединений минерализации, как С02, Н20, NH3 и др. Поэтому с санитарной точки зрения желательно, чтобы в септике в меру возможностей быстрее развивалась вторая фаза и чтобы она преобладала над первой. Для этого в только что построенное сооружение перед введением его в эксплуатацию вносят осадок из действующего септика или хорошо гуму-сированный грунт, а во время откачивания осадка из действующего септика оставляют в нем до 100 л осадка.

Важное значение имеет корка, образуемая на поверхности сточной воды в септике за счет взвешенных частиц с меньшей относительной плотностью, чем в сточной жидкости, а также осадка, легко поднимающегося вверх пузырьками газа, образующегося в процессе гниения осадка. Эта корка, словно "одеялом", покрывает сбраживаемую массу, препятствуя рассеиванию тепла (поступающая в септик сточная вода имеет повышенную температуру вследствие использования в быту теплой воды), и таким образом интенсифицирует биохимические процессы в септике.

Об эффективности работы септика свидетельствуют результаты исследований, проведенных Е. И. Гончаруком. Так, в септиках, оборудованных с соблюдением строительно-монтажных требований, при условии правильной эксплуатации, задерживается 80-95% взвешенных веществ, 100% жизнеспособных яиц гельминтов; перманганатная окисляемость снижается на 30-40%; на 20-40% повышается содержание NH3; на 60-80% уменьшается количество сапрофитных микроорганизмов (микробное число и коли-индекс). Сточная вода, выходящая из септика, имеет молочно-зеленый оттенок, легкую опалес-ценцию, прозрачность 5 см, содержит не более 10-15 мг/дм3 взвешенных веществ. В ней нет плавающих примесей, заметных невооруженным глазом.

Такой процесс как очистка хозяйственно бытовых сточных вод обычно выполняется методом флотации с полным выделением воздуха из раствора. Однако, современные специалисты отдают предпочтение методу напорной флотации. Используемое здесь новейшее флотационное оборудование объединяет в единое целое процессы: флокуляции и флотации, что делает процедуру очистки сточных вод еще более безопасной.

Осадок удаляют из септика ассенизационной машиной І раз в полгода или в год. За это время толщина осадка и корки заметно увеличивается. Пространство, по которому передвигается сточная вода в сооружении, уменьшается. Скорость движения сточной жидкости повышается, и она находится в сооружении уже не 2,5-3 сут, а значительно меньше. Вследствие этого эффективность работы септика снижается. Так, если септик работает без очистки 1,5 года, то эффективность удаления яиц гельминтов из сточной жидкости снижается практически до нуля. А уже через два года эксплуатации септика сточные воды, проходя через него, вымывают из осадка яйца гельминтов, в результате чего выходящая жидкость содержит яиц гельминтов больше, чем поступающая на очистку. Осадок удаляют из септика на подземные иловые площадки в случаях, когда очищают сточные воды от жилых и общественных зданий, больниц (без инфекционного отделения). Сточные воды инфекционного отделения (больницы) должны находиться в септике не менее 5 сут, а осадок должен быть обезврежен термическим способом.

Для механической очистки сточных вод инфекционных больниц, в том числе туберкулезных, целесообразно использовать септик-дегельминтизатор. От обычного трехкамерного септика он отличается тем, что механическая очистка и сбраживание осадка происходит в 1-й и 3-й камерах. Сточная жидкость, осадок и газы передвигаются между этими камерами по трубам. Вторая камера имеет вид смотрового колодца с трубами и задвижками, которыми регулируют передвижение сточной жидкости из 1-й камеры в 3-ю, осадка и газов - из 3-й камеры в 1-ю. В 1-ю камеру в толщу осадка подают водяной пар из прачечной или котельной, обслуживающих лечебное учреждение, благодаря чему повышается температура осадка, фактически создаются температурные условия пастеризации, в результате чего ускоряется гибель яиц гельминтов, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Осадок из 3-й камеры соответствующей трубой перекачивается в 1-ю и также обезвреживается. Таким образом в септике-дегельминтизаторе происходят глубокое обезвреживание и обеззараживание осадка. Такой осадок не нужно подвергать термической деструкции, его удаляют на подземные иловые площадки.

Сооружения биоочистки стоков представляют собой открытые или подземные пруды, фильтрационные поля или метантенки в зависимости от используемого метода. В прудах и на фильтрационных полях органические частицы, растворенные в стоках, разлагаются в процессе жизнедеятельности бактерий с аэробным типом обмена веществ. При этом в прудах с растворенными загрязнителями образовывается активный ил – взвесь, состоящая из частичек загрязнителя и наросших на них бактерий. В метантенках развиваются анаэробные организмы, которым для существования не требуется присутствие кислорода.

С воздухом или без?

Аэробный и анаэробный методы отличаются по своей специфике. Анаэробные бактерии лучше справляются с сильными органическими загрязнениями и характеризуются малым приростом биомассы. Однако они не полностью разлагают органику и после них требуется доочистка стока в аэробных условиях. Аэробные же бактерии разлагают почти 100% органических остатков до молекулярной воды и углекислого газа, но жизнеспособные и активны лишь при относительно небольших концентрациях загрязнителей и требуют аэрации – насыщения субстрата кислородом. Для повышения улучшения выходных показателей очистные сооружения специально заселяются определенными штаммами бактерий. Видовой состав бактериального материала подбирается в зависимости от состава загрязнителей в сточных водах.

Очистка хозяйственно-бытовых стоков

К хозяйственно-бытовым сточным водам относятся стоки, сбрасываемые в канализационную сеть из пищеблоков, уборных, душевых, прачечных и подобных помещений. Состав этих стоков характеризуется, помимо органических (около 58%), значительным содержанием минеральных загрязнителей (40%) и поверхностно активных веществ, используемых в качестве компонентов моющих средств. Большую долю органического загрязнения составляют физиологические выделения и органические остатки обработки пищевых продуктов. Присутствие в растворе компонентов моющих средств усложняет протекание процессов биологической очистки.

Особенности биоочистки

– 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.