Очистные сооружения — что это

Очистные сооружения (ОС) представляют собой комплекс технологического оборудования, предназначенного для обработки сточных вод до нормативных показателей, установленных законодательством. После обработки очищенные стоки могут сбрасываться в водоемы, направляться в канализацию для дополнительной очистки или повторно использоваться для нужд самого предприятия.

Очистные сооружения

Очистные сооружения являются специализированными установками, которые служат для очистки сточных вод с соблюдением местных экологических норм и требований к качеству. Очищенные воды могут либо сбрасываться в водоемы, либо поступать в канализационные сети для доочистки. Также очищенные стоки могут быть использованы для технических нужд производств в различных сферах.

Процесс очистки сточных вод осуществляется в несколько последовательных этапов, среди которых можно выделить:

• Механический Данный этап позволяет удалить до 75% загрязняющих веществ из стоков, включая различные примеси, такие как жиры и другие твердые предметы.
• Биологический На этом этапе загрязнения устраняются при помощи микроорганизмов. Они перерабатывают органические вещества и другие загрязнения, такие как азот и фосфор, в более безопасные для экосистемы соединения.
• Физико-химический Этот метод применяется для удаления нерастворимых загрязнений, таких как взвеси и тяжелые металлы. Очищение происходит благодаря использованию химических реагентов и физических процессов, что позволяет укрупнить нерастворимые фракции и осадить их на дно резервуаров с последующим удалением специальными механизмами.
• Химический В этом случае растворенные химические соединения из сточных вод преобразуются в нерастворимые с помощью специальных реагентов, а затем осаждаются на дне или образуют пену, которую механически удаляют.
• Ультразвуковой Этот метод используется как один из подходов к обеззараживанию сточных вод.
• Очистка ультрафиолетом Это распространённый метод дезинфекции, при котором поток воды проходит через специальные установки с УФ-излучателями, уничтожающими большинство патогенных организмов.
• Обратный осмос Это один из самых современных и эффективных методов очистки сточных вод, позволяющий достичь такого уровня чистоты, чтобы сточные воды можно было снова использовать в производственном процессе, что создаёт замкнутый цикл водопотребления.
• Очистка на ионообменных фильтрах Используется для удаления ионов, которые сложно удалить другими методами, такими как коагуляция или флокуляция, например, ионов железа.

При проектировании и строительстве очистных сооружений интегрируются все этапы очистки, создавая полноценный комплекс, соответствующий установленным нуждам и нормам. Комплекс мероприятий разрабатывается индивидуально для каждого объекта, учитывая его тип, местоположение и поставленные задачи.

Устройство очистных сооружений (ОС)

По конструкции очистные сооружения могут представлять собой различные системы и механизмы, на что влияет их специфика и цель очистки. Функциональные компоненты и технологические схемы подбираются индивидуально, основываясь на типе очищаемой жидкости, характере загрязнений и решаемых задачах.

Основные типы ОС:

В зависимости от назначения очистные сооружения могут очищать сточные воды, как для технических, так и для питьевых нужд.

Также очистные сооружения можно классифицировать в зависимости от их технических характеристик.

• Объем;
• непрерывность функционирования;
• периодичность эксплуатации;
• гидродинамический принцип;
• организация перемещения жидкостей в очистных сооружениях;
• другие параметры.

Что такое современные очистные сооружения канализации

Современные очистные сооружения канализации (ОСК) представляют собой комплекса оборудования, направленные на снижение уровня загрязнённости стоков, которые поступают на вход системы, до уровней, соответствующих действующим экологическим нормам и требованиям. Важным аспектом является то, что не всегда требуется получение на выходе воды, безопасной для полива и питья.

На многих промышленных предприятиях цель применения очистных сооружений заключается в получении технической воды. Её использование ограничивается определёнными технологиями и операциями, где высокая степень очистки не является критичной. Повторное использование водных ресурсов позволяет значительным образом оптимизировать затраты на производство.

Стадии очистки воды на очистных сооружениях

• Подготовительный этап — водоподготовка. Данный этап включает метод сепарации, где сточные массы разделяются по плотности. Механические примеси с высокой плотностью, такие как камни и песок, оседают на дно специальных бункеров. Жиры, которые могут вызвать заторы в системах канализации, всплывают на поверхность, где также могут быть собраны для удаления.
• Основной этап. Включает в себя применение ряда методов механической, химической и биологической фильтрации. Конкретные методы, их последовательность и выбор зависят от назначения очистных сооружений и свойств загрязняющих веществ в исходных стоках.
• Финишная очистка. На этом этапе вода дополнительно очищается для возможности использования в питьевых целях и в сфере общественного питания. Для этого применяются более затратные установки, использующие активированные угольные фильтры и ультрафиолетовые излучатели.

Создание систем очистки сточных вод начинается с лабораторных анализов проб вод, на которых проверяются химические, биологические и механические загрязнения. При проектировании новых комплексов учитываются проектные объемы поступающей жидкости и степень её загрязненности.

Простые примеры очистных сооружений включают устройства, такие как песколовки и жироуловители. Их основная задача заключается в отсечении тяжелых и легких фракций соответственно.

К примеру, в очистных сооружениях, используемых в предприятиях общественного питания, основная задача заключается в улавливании жиров, которые могут привести к засорению канализационных труб. Весь жидкий поток проходит через жироуловитель, прежде чем быть сброшенным в общую канализацию.

Очистные сооружения для системы водоотведения ливневых сточных вод могут состоять из двух этапов предварительной очистки. На первом этапе отфильтровываются тяжелые фракции — песок и камни. На втором — легкие, такие как нефтепродукты в случае ливневой канализации.

Типовые компоненты

Для упрощения проектирования очистных сооружений производителями разработаны типовые элементы, позволяющие конструировать системы с разной производительностью, длительностью и качеством очистки. В процесс создания очистных сооружений также можно модифицировать их конструкцию, подбирая технологии и адаптируя процессы фильтрации под специфические особенности поступающих сточных вод для достижения максимальной эффективности работы ОСК.

Отдельные очистные сооружения могут не требовать возведения капитальных зданий. Их можно монтировать, углубив в грунт. В капитальных системах строительные конструкции изготавливаются из железобетона для создания резервуаров и каналов. В менее масштабных системах используют компоненты, изготовленные из пластика, стеклопластика, полиэтилена или стали.

Основные компоненты очистных сооружений канализации:

• Песколовки. Рекомендуется устанавливать на этапе первоначальной очистки. Устройство может улавливать более 80% песка и камней. После очистки полученные материалы могут использоваться повторно. В высокопроизводительных системах для очистки накопленного песка применяются гидроэлеваторы и дренажные системы для удаления влаги.
• Канализационные насосные станции. Необходимы, когда сточные воды нужно принудительно перекачивать на следующий этап очистки из-за разницы в уровне. В иных случаях перекачка осуществляется благодаря силе тяжести. Эти станции состоят из накопительного резервуара с установленными в нём насосами погружного типа. Сточные воды попадают в накопитель самотеком.
• Жироуловители. Позволяют выделить легкие фракции. В системы для ливневой канализации это могут быть остатки бензина и масла.

Этапы очистки стоков

Процесс очистки сточных вод представляет собой многослойный процесс, при котором на каждом этапе из сточных вод удаляются определенные примеси и проводятся процессы обеззараживания. К основным видам очистки относятся:

• Механическая. На этом начальном этапе очистки стоков, которые поступают на главную насосную станцию очистных сооружений, сточные воды из специального резервуара направляются в цех механической очистки. Здесь они со временем очищаются от крепких загрязнений. Система синхронизирована с канализационными насосными станциями (КНС), которые обеспечивают перекачивание стоков. Решетки и сита задерживают крупные частицы органического и минерального происхождения, остатку средств гигиены и прочее. Далее, стоки направляются в песколовки, где из них осаждаются мелкие частицы — песок, битое стекло и так далее. Эти частицы оседают на дне и откачиваются насосом. Жироуловители же очищают сточные воды, отсеивая примеси, которые всплывают на поверхность, такие как нефтепродукты, топливо, жиры и масла. Первичные отстойники выполняют функцию осаждения взвешенных веществ. Они могут представлять собой горизонтальные или вертикальные резервуары, выполненные из железобетона. В зависимости от проекта и степени загрязненности дополнительные элементы могут включать мембраны, септики и фильтры. При механической очистке возможно удалить до 70-75% загрязнений и снизить содержание легкоокисляющихся веществ до 30%.
• Биологическая. Этот этап включает в себя удаление химического потребления кислорода (ХПК), биологического потребления кислорода (БПК), азота, фосфора, присутствующих в сточных водах, с помощью активного ила, который включает в себя бактерии и микроорганизмы. Механизм основан на метаболизме микроорганизмов и сопровождающих биохимических процессах, где сложные органические вещества разлагаются в результате жизненной активности бактерий. Биологическая очистка может производиться с использованием аэротенков или биофильтров. Если система включает в себя метатенки, образовавшийся в результате анаэробного брожения осадок можно использовать для производства биогаза. После биологической очистки уровень БПК снижается до 15-20 мг/л.
• Физико-химическая. Этот этап в основном служит для дальнейшей очистки сточных вод, чтобы обеспечить возможность их повторного использования. В проекте очистных сооружений применяются такие технологии, как коагуляция, флотация, центрифугирование и так далее. Главная цель заключается в получении очищенной воды, подходящей для технического использования при различных производственных процессах.
• Дезинфекция (обеззараживание). Этот этап включает удаление микробов и бактерий из предварительно очищенных сточных вод перед их сбросом в природные водоемы или рельеф. В зависимости от производительности и экономических показателей могут использоваться ультрафиолетовое обеззараживание, хлорирование, воздействие переменным током и гамма-облучение.

В дополнение к цехам механической, биологической, физико-химической очистки и установкам дезинфекции в системах очистки также предусмотрены цехи аэрации для насыщения воды воздухом, системы утилизации образующихся отходов и ила, комплекс очистки воздуха, специализированные лаборатории, электроподстанция с подключением электроснабжения от нескольких источников, а также установки резервного электроснабжения.

Виды очистных сооружений

Очистные сооружения классифицируются на группы в зависимости от их назначения:

1. Сооружения для крупных сетей, предназначенные для обработки бытовых стоков из городов, поселков и жилых районов.
2. Промышленные локальные очистные сооружения (ЛОС) для предварительной очистки сточных вод, содержащих опасные химические вещества, перед их сбросом в городскую канализацию либо для оборотного водоснабжения. Применение локальных ОС чаще всего наблюдается на промышленных объектах и в небольших населенных пунктах, санаториях, коттеджных поселках, на СТО и автомойках.
3. Автономные очистные сооружения для частных домов и дач. Сюда входят септики и установки малой производительности, работающие автономно.
4. Ливневые очистные сооружения. Это системы, осуществляющие механическую, физико-химическую и химическую очистку ливневых сточных вод.

Отдельной категорий являются мобильные очистные устройства, которые используются в случае обработки небольших объемов сточных вод или в условиях, когда постоянная работа оборудования не требуется.

Очистные сооружения бытовых сточных вод

Крупные городские очистные сооружения, предназначенные для обработки хозяйственно-бытовых стоков, выполняют очистку до установленных норм сброса в водоемы, имеющие рыбохозяйственное значение. Эти нормы определяются приказом Министерства сельского хозяйства России № 552 от 13.12.2016 г. На таких объектах осуществляется полный цикл очистки сточных вод, куда входят стоки как от жилых, так и коммерческих потребителей, поступающих после предварительной очистки на локальных очистных системах.

Очистные сооружения промышленных сточных вод

Согласно Постановлению Правительства РФ № 644 от 29.07.2013 г., вода, используемая на промышленных предприятиях, должна подвергаться очистке до заданных показателей. Одной из проблем при очистке сточных вод из промышленных предприятий является то, что каждое из них генерирует стоки, отличающиеся как по объему, так и по составу. В связи с этим технологии водоочистки и компоненты ОС должны разрабатываться индивидуально в соответствии с проектной документацией.

Все сточные воды промышленных предприятий можно разделить на три большие категории:

1. Минеральные (от машиностроения, производства стройматериалов, металлургии и угледобывающей промышленности).
2. Органические (пищевая промышленность, химическая отрасль, производство пластика и подобных изделий).
3. Смешанные (нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия, фармацевтическая, текстильная и целлюлозная промышленность).

Проектирование очистных сооружений может включать в себя не только механические, биологические и физико-химические установки, но и специальные системы для выпаривания и сжигания образующихся отходов.

Ливневые очистные сооружения

Ливневые стоки, образующиеся в результате осадков или таяния снега, поступают в коллекторы через решётки дождевых колодцев, откуда они направляются на локальные очистные системы накопительного типа или очистные сооружения для ливнеотводов.

Стандартные ливневые очистные сооружения состоят из распределительных колодцев, песколовок (которые называют пескоотделителями), бензомаслоотделителей, сорбционных фильтров и колодцев отбора проб. При этом модули пескоотделителей, бензомаслоотделителей и сорбционных фильтров могут объединяться в едином корпусе, что называется однокорпусными ливневыми очистными сооружениями. В дополнение могут устанавливаться коалесцентные модуль для удаления нефтепродуктов и угольные фильтры доочистки для окончательной очистки стоков.

Очистные сооружения для частного дома и дачи

Для частных домов и дач доступны компактные очистные сооружения двух типов:

• Септики. Они подразделяются на накопительные (просто накапливают сточные воды), анаэробные (обеспечивают доочистку без доступа кислорода) и с биофильтрами с аэрацией. Готовые конструкции из пластика состоят из нескольких разделенных камер, в которых хозяйственно-бытовые стоки последовательно очищаются. Работа септика не требует электроэнергии.
• Станции глубокой биологической очистки (СБО). Компактные установки из стеклопластика, предназначенные для глубокой очистки сточных вод с целью последующего их использования для технических нужд, таких как полив растений или неплодовых деревьев. Очищение сточных вод происходит посредством биологического разложения органических веществ аэробными бактериями. Отходы от микроорганизмов оседают на дне в виде фракционного осадка. Для работы таких систем требуется электричество.

Этапы очистки сточных вод

Фильтрация хозяйственно-бытовых, промышленных и ливневых сточных вод осуществляется поэтапно. Очистные сооружения могут делиться на блоки, отсеки или отдельные фильтры в зависимости от объема обрабатываемой жидкости и концентрации загрязнений.

Механический. Процесс очистки любого типа сточных вод начинается с механической фильтрации. На входе в локальный или промышленный очистной комплекс устанавливается группа решеток и сеток. Эти преграды задерживают бутылки, камни, предметы личной гигиены и другие посторонние объекты, а также органы, смешиваясь с остальным мусором. На первом этапе удаляются все частицы размером 15 мм и более. Это делается для того, чтобы привести жидкие отходы в однородное состояние и предотвратить засорение последующих фильтров, что позволяет обеспечить максимальную производительность.

Схема механической фильтрации

Принцип работы прибора

Фото биологического этапа

Проектирование очистных сооружений осуществляется в зависимости от типа очищаемых сточных вод и их поступления. Задача готовой очистной станции состоит в том, чтобы обеспечить такой уровень очистки, чтобы выходная вода соответствовала санитарным нормам СанПиН. Это необходимо для защиты окружающей среды от загрязнений и предотвращения негативного воздействия на живые организмы.

Городские очистные сооружения

Очистные сооружения, предназначенные для городского назначения, как правило, относятся к крупным промышенным предприятиям, поскольку ежедневно перерабатывают десятки и даже сотни тонн отходов. При проектировании таких станций предполагается, что объем воды, которую потребляют жители района или города, равен объему сброшенных в систему сточных вод. Данная норма обеспечивает бесперебойную работу системы очистки.

Для каждого этапа обработки стоков организованы специализированные очистные объекты. Сотрудники предприятия контролируют основные параметры работы систем и периодически проводят тесты, чтобы подтвердить эффективность процесса очистки.

Фото городских очистных сооружений

Принцип работы

Системы очистки работают следующим образом: от здания к септику проложена труба, по которой сточные воды самотеком поступают в резервуар-накопитель, в котором внутри имеется несколько последовательно соединяющихся камер. На дно резервуара оседают твердые частицы, а очищенная вода через переливную трубу переходит в следующий отсек. Последующая доочистка происходит благодаря химическим реагентам, фильтрам или жизнедеятельности активных микроорганизмов.

Рассмотрим основные виды автономных установок для очистки сточных вод:

• Энергонезависимые септики. Оборудование этой категории часто используется для создания автономной системы канализации в загородных коттеджах и дачах. Септики и накопительные резервуары могут использоваться как в сезон, так и на постоянной основе.
• Системы глубокой очистки сточных вод. Эти установки предлагают наиболее высокую степень обработки стоков благодаря сочетанию биохимических и физических процессов очистки.
• Габионные очистные станции для очистки сточных вод. Установки такого типа предназначены для очистки ливневых и талых вод на промышленных объектах. Оборудование performe механическую очистку сточных вод от мусора, песка и нефтепродуктов.

Таблица. Основные параметры различных станций очистки:

Характеристики	Септики	Аэротенки	Габионные ОС
Тип обслуживаемого объекта	обслуживание частных домов	обслуживание частных домов, туристических баз, промышленных объектов	фильтрация ливневых и талых вод, жидкостей из технических трубопроводов
Уровень очистки	I-II	II-IV	III-IV
Качество очистки	от 50% до 80%	от 90% до 98%	от 60% до 70%
Регулярность технического обслуживания	раз в 12 месяцев	раз в 4 месяца	раз в 5 лет
Необходимость и способ доочистки	—	озонирование, хлорирование, ультрафиолет	устройство полей фильтрации
Срок службы	15 лет	50 лет	до 70 лет

Чем отличается септик от аэротенка

Среди наиболее распространенных систем, применяемых для обработки сточных вод, выделяются септики и аэротенки. Часто габионные ОС устанавливаются на предприятиях. Существует распространенное заблуждение, что между септиком с биологическим фильтром и аэротенком нет существенной разницы.

В действительности, устройства имеют значительные отличия:

• сточные воды поступают в септик порционно, в то время как аэротенк заполняется полностью;
• септики функционируют без электроэнергии, в то время как аэротенки требуют электрической энергии;
• скорость очистки стоков в аэротенках существенно выше, чем в септиках, благодаря наличию аэрационного оборудования.

Септики

Септики работают путем отстаивания сточных вод и последующей биологической очистки с использованием как анаэробных, так и аэробных бактерий. Устройство состоит из герметичного резервуара, который дополняется подходящими трубопроводами для подключения. Септики бывают однокамерные и многокамерные.

В однокамерных септиках предварительная очистка сточных вод происходит внутри накопительной камеры, где крупные частицы под действием силы тяжести оседают на дно. Осветленная вода через патрубок поступает наружу, где под действием естественной фильтрации проходит доочистку через грунт. Однокамерные септики наиболее подходят для частной канализации небольших домов и дач.

В трехкамерных септиках процесс очистки осуществляется многократно:

• в первой камере происходит осаждение нерастворимых твердых частиц;
• далее осветленные стоки поступают во вторую камеру, где происходит биологическая очистка сточных вод с помощью микроорганизмов и естественного брожения;
• очищенная вода через переливную трубу попадает в третью камеру, откуда через дренаж впитывается в грунт или направляется на хозяйственные нужды.

Для улучшения качества обработки некоторые модели дополнительно дополняются жироуловителями.

• Независимость от внешнего электроснабжения — это идеальный вариант, если участок расположен вдали от электрических сетей и в ближайшее время не планируется обеспечение электричеством.
• Легкость в обслуживании — отсутствие движущихся частей делает это оборудование простым в эксплуатации и надежным. Откачка нерастворимого осадка из накопителя производится не чаще одного раза в год.
• Всесезонность — полная автономность системы позволяет использовать её круглогодично.

• Низкий уровень очистки. Вода, выходящая из септика, не подлежит сбросу в почву или водоёмы — требуется дополнительная очистка.
• Средние показатели производительности. Процесс очистки занимает длительное время — чтобы добиться необходимого уровня чистоты, стоки должны отстаиваться не менее трёх суток.
• Не подходят для небольших участков. Модели с высокой производительностью имеют большие размеры, что требует соответственно больших площадей для установки системы.

Аэротенки

Аэротенки представляют собой эффективные устройства для обеззараживания сточных вод посредством биохимического разложения органических веществ. Эти установки могут быть одно или многокамерными и оснащены специальным программируемым оборудованием, таким как аэрационные элементы, гранульные аэраторы, элемента, отвечающего за дегазацию, а также удалители биопленки, компрессоры и аварийные датчики уровня. Конструкция аэротенков также содержит входные и выходные трубопроводы, промежуточные дна, отводные отверстия и грунтозацепы.