Индивидуальные очистные сооружения

К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооруже­ния, пропускная способность которых не превышает 25 м³/сут. Индивидуальные очистные сооружения предназначены для очистки бытовых сточных вод от отдельно стоящих домов или от группы зданий. Бытовые сточные воды формируются из двух основных потоков: первый – хозяйственный (или, как его еще называют, «серый»), который включает сточную воду от умывальников, кухонных раковин, ванн, душа, стирки и т. п.; второй – фекальный (или «черный») – от унитазов и писсуаров. Масса фекалий от одного взрослого человека составляет около 1500 г/сут (из них мочи – около 1250 г). Количество «серых сточных вод» зависит от степени благоустройства жилища и составляет от 15–40 л/чел. в сутки при отсутствии централизованного водопровода до 100–200 л/чел. в сутки при его наличии или автономном водоснабжении здания. Непосредственно на формирование фекального стока затрачивается около 15 л/чел. в сутки чистой воды. Хозяйственные и фекальные сточные воды очень сильно различаются по своему физико-химическому составу и иногда их целесообразно не объединять в единый поток, а обезвреживать раздельно.

Септик применяется для механической очистки сточных вод перед сооружениями естественной биологической очистки (рис. 6.14). Изготавливают септики из сборного или монолитного железобетона, кирпича с соответствующей гидроизоляцией. Септики заводского изготовления могут быть из металла или пластмасс. Производительность септика составляет 0,4–12 м³/сут, а при соответствующем обосновании – до 25 м³/сут. Время пребывания сточной жидкости в септике составляет от 1 до 3 суток, а выпавшего осадка – от 6 до 12 месяцев. За время пребывания в септике осадок уплотняется и частично подвергается анаэробному разложению, влажность его к моменту выгрузки составляет около 90 %.

Рис. 6.14. Септики:

а – двухъярусный; б – круглый односекционный; в – круглый

двухъярусный; г – прямоугольный на четыре секции; 1 – зона

отстаивания; 2 – перепускные отверстия; 3 – вентиляционные трубы;

4 – удаление продуктов распада; 5 – септическая часть; 6 – подача

сточных вод; 7 – отвод осветленных сточных вод; 8 – сифон;

9 – переливная труба; 10 – люк колодца

При расходе сточных вод до 5 м³/сут полный расчетный объем септика следует принимать равный 3-суточному притоку, свыше 5 м³/сут – 2,5-суточному.

При расходе до 1 м³/сут применяют однокамерные септики, до 10 м³/сут – двухкамерные и при больших расходах – трехкамерные. В двухкамерных септиках объем первой камеры составляет 0,75 расчетного объема, в трехкамерных септиках – 0,5, вторая и третья камеры – соответственно по 0,25 расчетного объема.

Объем иловой части септика W_ил (м³) определяется по формуле

W_ил = 0,1875 NT / 1000, (6.51)

где 0,1875 – расчетное суточное количество осадка на 1 человека, л;

N – число жителей, пользующихся септиком, чел.;

Т – период между опорожнениями иловой части септика, сут.

Осадок из септика удаляется через иловыжимную трубу насосом или откачкой в ассенизационную машину. Около 20 % осадка необходимо оставлять в иловой камере для затравки вновь поступающего осадка анаэробными микроорганизмами, что ускоряет процесс его разложения.

Основным недостатком септика является образование корки на поверхности воды, что существенно затрудняет выход газа (метана и сероводорода). Также наблюдается циркуляция осадка в толще очищаемой воды – подъем с пузырьками газа выпавшего осадка и его осаждение при избавлении от них. Этот недостаток, приводящий к загрязнению уже очищенной жидкости, позволяет устранить конструкция двухъярусного септика (рис. 6.14, а).

Двухъярусный септик разделен отстойными желобами на две части – отстойную зону и септическую, при этом газы в отстойную зону не попадают. Впуск и выпуск сточной воды оборудуются в септике с помощью полупогружных досок, или тройниками, что позволяет исключить прямоток и осуществить забор очищенной воды из-под уровня. Верхняя часть тройника должна возвышаться над уровнем воды в септике не менее чем на 200 мм, а нижняя – погружена в воду на 300–400 мм. Лоток подводящей трубы располагается не менее чем на 0,05 м выше расчетного уровня воды в септике. Между перекрытием септика и расчетным уровнем воды должно быть пространство не менее 0,35 м. Сверху септик перекрывается крышкой (плитой) с люком, имеющим вентиляционное отверстие, гидроизолируется и покрывается слоем земли толщиной 0,5 м. Обработанная в септике жидкость поступает на фильтрующие колодцы, поля подземной фильтрации или в фильтрующие траншеи.

Эффект очистки сточных вод в септике по БПК_полн достигает 35 %, а по взвешенным веществам – 70–95 %.

Фильтрующие колодцы, как правило, применяют для почвенной очистки сточных вод после септика при расходах до 1 м³/сут. Возможна непосредственная очистка в фильтрующих колодцах так называемых «серых стоков» – бытовых сточных вод, не содержащих фекалии и жиры, например, от умывальников, душевых или ванных комнат. Фильтрующая поверхность колодца определяется площадью его дна и перфорированных стенок. Пропускная способность фильтрующего колодца зависит от вида грунта. В песчаных грунтах она принимается из расчета 80 л/сут на 1 м² фильтрующей поверхности, в супесчаных – 40 л/сут. Фильтрующие колодцы строят из кирпича, сборного или монолитного железобетона, чаще всего из железобетонных колец диаметром 1,5–2,0 м и глубиной до 2 м. Днище и стенки фильтрующих колодцев обсыпают щебнем крупностью 40–60 мм. Внутри колодца засыпают такой же щебень слоем до 1 м. Общий вид фильтрующего колодца представлен на рис. 6.15.

Эффект очистки сточных вод по БПК_полн и по взвешенным веществам в фильтрующем колодце может достигать 100 %.

Рис. 6.15. Фильтрующий колодец:

1 – вентиляционная труба; 2 – отражающая плита;

3 – подача осветленной сточной жидкости

Поля подземной фильтрации применяются на песчаных и супесчаных грунтах и представляют собой систему оросительных труб, уложенных на глубину 0,6–0,9 м, но не менее 1 м выше уровня грунтовых вод. В состав системы водоотведения с полями подземной фильтрации входят: септик, дозирующие и распределительные устройства, сеть оросительных труб.

Дозатор, питающий распределительную систему полей подземной фильтрации, должен обеспечивать выброс не менее 20 % осветленной в септике сточной жидкости от объема всей дренажной сети на орошаемом участке для легких суглинков и не менее 50 % для супеси и песка. Обычно в качестве дозатора применяются сифоны.

Оросительная система состоит из керамических, перфорированных асбестоцементных или пластмассовых труб, уложенных с уклоном 0,001–0,003 в сторону течения в песчаных грунтах и горизонтально (без уклона) – в супесчаных или суглинистых. Диаметр фильтрационных труб должен быть 100–150 мм, ширина перфорационного пропила (на глубину около половины диаметра трубы) – около 15 мм, расстояние между пропилами – 0,2 м. Оросительные трубы рекомендуется укладывать на подсыпку из мелкого гравия, щебня, битого кирпича или шлака и т. д. слоем 20–50 мм.

При расходе сточной жидкости свыше 0,5 м³/сут оросительные трубы укладываются параллельно на расстоянии 1,5–2,0 м в песчаных и до 2,5 м в супесчаных грунтах. В конце оросительных труб необходимо устроить либо индивидуальный вентиляционный стояк, либо предусмотреть общий вентиляционный коллектор с одним стояком. Высота вентиляционного стояка должна быть не менее 0,5 м над поверхностью земли. Общий вид полей подземной фильтрации представлен на рис. 6.16.

Эффект очистки сточных вод но БПК_полн и по взвешенным веществам на полях подземной фильтрации составляет до 100 %.

Фильтрующие траншеи устраиваются на слабофильтрующих грунтах (суглинки, глины) и представляют собой искусственные углубления, в которые уложены оросительные и дренажные сети. Такие траншеи размещают обычно вблизи оврагов, траншей, болот или водоемов, в которые самотеком поступают очищенные сточные воды. Длина фильтрующей траншеи определяется расчетом, но не должна превышать 30 м, ширина траншеи по низу – не менее 0,5 м. Заглубление оросительной сети – не менее 0,5 м.

Пространство между оросительной и дренажной сетью, расположенной под оросительной сетью на глубине 0,8–1,0 м, заполняется крупным песком. Расстояние между осями отдельно расположенных фильтрующих траншей составляет около 3 м. Нагрузка на 1 м протяженности фильтрующей траншеи – 50–70 л/сут. Общий вид фильтрующей траншеи представлен на рис. 6.17.

г

б

в

а

Рис. 6.16. Поля подземной фильтрации:

а – план; б – продольный разрез; в – поперечный разрез;

г – то же при укладке на слой щебня шлака или крупного песка;

1 – распределительный лоток оросительной трубы;

2 – оросительные трубы; 3 – вентиляционный коллектор;

4 – вентиляционный стояк; 5 – пропилы; 6 – рубероид

толь, промасленная бумага и т. п.; 7 – засыпка из местного

грунта; 8 – засыпка щебнем, шлаком или крупным песком

Песчано-гравийные фильтры конструктивно похожи на фильтрующие траншеи. Однако расстояние между оросительными и дренажными трубами составляет 1,0–1,5 м по высоте, и они размещаются в котловане параллельными линиями также на расстояние 1,0–1,5 м. Оросительные и дренажные трубы обсыпаются крупнозернистым фильтрующим материалом – гравием, щебнем или котельным шлаком (толщина обсыпки – 15–20 см), а остальное пространство между ними заполнено также крупным песком. Нагрузка на 1 м длины примерно такая же, как и у фильтрующей траншеи. Общий вид песчано-гравийного фильтра представлен на рис. 6.18.

Рис. 6.17. Фильтрующая траншея:

1 – подача осветленной сточной жидкости; 2 – вентиляционная труба;

3 – оросительная сеть; 4 –дренажная сеть

Рис.6.18. Песчано-гравийный фильтр:

1 – подача осветленной сточной жидкости; 2 – вентиляционная труба;

3 – оросительная сеть; 4 – дренажная сеть

Компактные блоки очистных сооружений (КБС), предназначенные для очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод от отдельно стоящих объектов (коттеджи, пункты питания, блокпосты и т. п.) производительностью 1–6 м³/сут, 10–25 м³/сут, 50 м³/сут, разработаны МГСУ и ОАО ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Технологический процесс включает в себя нитрификацию и денит-рификацию сточных вод в аэротенках с инертным плоскостным носителем микрофлоры. В состав сооружений входит двухъярусный отстойник, выполненный в виде отстойного желоба, аэротенки с инертным носителем микрофлоры, осветлитель очищенных сточных вод со встроенным высокопористым фильтром доочистки, установка обеззараживания сточных вод. В ходе очистки происходит снижение: БПК_полн – с 300 до 3 мг/л; взвешенных веществ – с 260 до 3 мг/л; азота аммонийного – с 15 до 0,4–0,5 мг/л; фосфатов – с 11 до 0,25 мг/л и СПАВ – с 8–10 до 0,05 мг/л. Насыщение сточной жидкости кислородом осуществляется аэраторами при помощи компрессоров, или эжекторов. Обработка осадка осуществляется в двухъярусном отстойнике с последующим вывозом ассенизационной машиной. Сооружение выполняется из металла с внутренними перегородками, в плане: круглое, многогранное или прямоугольное. Технологическая схема блока КБС-2-4 представлена на рис. 6.19.

Создана серия компактных очистных сооружений «Контакт» пропускной способностью от 0,5 до 25 м³/сут (рис. 6.20).

На этих установках происходит биохимическая очистка хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод с БПК_полн не более 500 мг/л и содержанием взвешенных веществ не более 300 мг/л. Установка работает в режиме продленной аэрации. Объем емкостей рассчитывается на максимальный суточный расход сточных вод с учетом объема иловой смеси (25–30 % от суточного расхода сточных вод). При производительности до 8 м³/сут установка состоит из аэротенка-отстойника и емкости контактного резервуара и в качестве аэратора в ней применяется вертикальный водовоздушный эжектор с погружным моноблочным насосом типа «Гном». Установки производительностью от 12 до 25 м³/сут состоят из двух емкостей: аэротенков-отстойников и емкости контактного резервуара, а эжекторные аэраторы питаются от горизонтальных или вертикальных насосов, расположенных в отдельном (сухом) колодце или насосной станции.

Установка «Контакт» работает следующим образом. При подаче сточной жидкости и работе в режиме аэрации уровень жидкости в установке поднимается и за 1 ч до достижения максимума отключается насос, питающий эжектор, и начинается осаждение ила. При достижении максимального уровня жидкости включается насос для откачки очищенных сточных вод. Когда уровень сточных вод понизится до минимума, насос откачки отключается и включается насос, питающий эжектор. Цикл повторяется. Расчетная степень очистки сточных вод по БПК_полн – 95–98 % и по взвешенным веществам – 95 %.

Рис. 6.19. Компактный блок очистных сооружений (КБС): 1 – решетка; 2 – остойный желоб; 3 – сбраживатель; 4 – аэротенк с плоскостным инертным наполнителем; 5 – осветлитель с тонкослойным отстаиванием; 6 – высокопористый фильтр; 7 – погружной насос с эжектором; 8 – контактный резервуар; 9 – шкаф системы КИП и А и обеззараживания

Рис. 6.20. Установка «Контакт»: 1 – подача сточной жидкости; 2 – емкость аэротенка; 3 – центральная цилиндрическая сетка; 4 – эжекторный аэратор; 5 – циркулярный насос; 6 – насос для откачки очищенных сточных вод; 7 – выпуск очищенной воды

Септик ORM (Италия) имеет модельный ряд, рассчитанный на количество пользователей от 5 до 35 человек-эквивалент. Сооружение представляет собой отлитый из стеклопластика цилиндрический резервуар, разделенный внутри перегородками на пять камер. Первые четыре камеры представляют собой ступенчатый септик, а последняя – узел дезинфекции, которая осуществляется специальными хлорсодержащими таблетками. Последние секции четырехкамерного септика могут быть использованы в качестве аэробных биохимических реакторов, для чего в комплекте установки ORM имеется компрессор, комплект воздуховодов и аэраторов и эрлифт. Установка оборудована инспекционным смотровым люком, крышка которого способна выдержать вес автомобиля.

К очистным сооружениям небольших малых городов и поселков городского типа следует отнести станции пропускной способностью от 500–10000 м³/сут. Характерной особенностью небольших населенных пунктов является не только высокий коэффициент неравномерности поступления сточных вод на очистку, изменяющийся от 1,55 до 2,5 и выше, но во многих случаях резкие изменения концентрации загрязнений в сточных водах за счет поступления промышленных стоков. По данным обследований, многие ранее запроектированные и построенные очистные сооружения небольших населенных пунктов либо вообще не работают, либо работают со значительной перегрузкой по воде и концентрациям загрязнений. В зарубежной практике для уменьшения влияния неравномерности притока и колебаний качественного состава загрязнений в технологическую схему введены усреднители.

Другой особенностью очистных сооружений небольших населенных пунктов является применение упрощенных технологических схем с использованием сооружений заводской готовности. Это связано с тем, что для изготовления этих очистных сооружений используют обычную конструкционную сталь марки СтЗ без специальной обработки металла. Поэтому при разработке современных очистных сооружений необходимо использовать или нержавеющую сталь, или изготавливать сооружения из монолитного железобетона.

Станции пропускной способностью 500–15 000 м³/сут с применением биофильтров с плоскостной загрузкой.

Технологическая схема очистки сточных вод с применением биофильтров с плоскостной загрузкой включает следующие сооружения:

- приемная камера и решетки;

- тангенциальные песколовки;

- первичный вертикальный отстойник;

- насосная станция биофильтров;

- биореакторы доочистки сточных вод;

- сооружения дезинфекции сточных вод на установках ультрафиолетового облучения или хлораторная на жидком гипохлорите;

- производственно-вспомогательное здание, в котором расположены: компрессорная для регенерации биореакторов или ленточный фильтр-пресс для обработки смеси сырого осадка и омертвевшей биопленки;

- песковые бункера или площадки;

- аварийные иловые площадки.

На рис. 6.21 приведена технологическая схема очистки сточных вод пропускной способностью 1000–10 000 м³/сут. Основным элементом биологической очистки является биофильтр с плоскостной загрузкой. Из всех приведенных выше технологических схем очистки сточных вод небольших населенных пунктов наиболее простой в эксплуатации является очистка сточных вод на биофильтрах с плоскостной загрузкой.

Рис. 6.21. Технологическая схема очистки сточных вод небольшого

населённого пункта на биофильтрах с плоскостной загрузкой пропускной

способностью 1000–10 000 м³/сут:

1 – поступающая сточная вода; 2 – приемная камера с решеткой; 3 – тангенциальные

песколовки; 4 – первичный вертикальный отстойник; 5 – насосная станция биофильтров;

6 – биофильтры с плоскостной загрузкой; 7 – вторичный вертикальный отстойник;

8 – биореактор доочистки; 9 – жидкий гипохлорит натрия; 10 – контактные резервуары;

11 – очищенная сточная пода; 12 – фильтр-пресс; 13 – аварийные иловые площадки;

14 – песковые площадки или бункера

Сточные воды, поступающие в приемную камеру очистных сооружений, проходят очистку на решетках и далее в песколовках и первичных вертикальных отстойниках. После механической очистки сточная вода собирается в насосной станции с погружными насосами, которые подают ее в оросительную сеть биофильтров. В качестве оросителей биофильтров принята водоструйная система орошения, которая обеспечивает равномерное орошение поверхности загрузочного материала. Высоту слоя загрузочного материала биофильтров следует принять 6 м.

После биологической очистки в биофильтрах с плоскостной загрузкой очищенная сточная вода проходит осветление во вторичных отстойниках, доочистку в биореакторах и после дезинфекции сбрасывается в водоем.

Станции пропускной способностью 500–15 000 м³/сут.

В зависимости от применяемых сооружений биологической очистки, возможно использование трех технологических схем очистки сточных вод.

В первой схеме в качестве сооружений биологической очистки используются аэротенки с продленной аэрацией (или аэротенки-отстойники, работающие на полное окисление), во второй схеме используются усреднители и аэротенки с одноиловой системой денитри-нитрификации (аэротенки могут быть с затопленной загрузкой или без нее). В третьей схеме биологическая очистка осуществляется на биофильтрах с плоскостной загрузкой.

Технологическая схема очистки сточных вод пропускной способностью 100–1000 м³/сут включает следующие сооружения:

- немеханизированные решетки с ручной очисткой;

- тангенциальные песколовки;

- аэротенки-отстойники с продленной аэрацией (или, как их еще называют, аэротенки полного окисления);

- биореакторы доочистки сточных вод;

- контактные резервуары;

- аэробный стабилизатор активного ила;

- песковые и иловые площадки.

На рис 6.22 приведена технологическая схема очистки небольшого населенного пункта пропускной способностью 500 м³/сут.

Очистные сооружения обслуживают населенный пункт с населением 2000 жителей.

К приемной камере с установленной там решеткой сточные воды подаются погружными насосами из насосной станции, находящейся на территории очистных сооружений. Далее сточные воды поступают в двухсекционную тангенциальную песколовку.

Рис. 6.22. Технологическая схема очистки сточных вод пропускной

способностью 100–1000 м³/сут:

1 – поступающая сточная вода; 2 – приёмная камера с решеткой; 3 – тангенциальная

песколовка; 4 – аэротенк продлённой аэрации; 5 – вторичный отстойник;

6 – аэробный стабилизатор активного ила; 7 – биореактор доочистки; 8 – гипохлорит

натрия; 9 – контактный резервуар; 10 – очищенная сточная вода; 11 – аэрационная

система регенерации биореактора; 12 – аэрационная система; 13 – иловые площадки;

14 – песковые площадки

Биологическая очистка на очистных сооружениях проходит в аэробном режиме с длительностью пребывания воды 16 ч. Воздух распределяется через дырчатые трубы, диаметр отверстий составляет 3 мм.

Очищенные воды отделяются от осадка в четырех отстойниках, время отстаивания составляет 3,2 ч. Рециркуляционный активный ил направляется в начало аэротенков, а избыточный активный ил – в аэробные стабилизаторы с уплотнителем, встроенные в общий блок сооружений.

После вторичных отстойников вода доочищается в четырех биологических реакторах, установленных отдельно и сблокированных с контактными резервуарами. Для загрузки биореакторов был использован загрузочный «Контур». Осадок после регенерации фильтра откачивается эрлифтами во вторичный отстойник.

После фильтрации общий поток сточной воды поступает в четыре контактных резервуара и далее самотеком направляется в насосную станцию, которая перекачивает ее для сброса в водоем.

Избыточный активный ил после аэробной стабилизации в течение 7 суток и уплотнения направляется на две иловые площадки размером 18 × 18 м. Обезвоженный активный ил после подсушивания вывозится с территории очистных сооружений на специализированный полигон.