Жуков Борис
Экологическое домостроение
Устройства и технологии децентрализованной
очистки сточных вод
Систематизированы материалы по известным устройствам и технологиям децентрализованной очистки бытовых сточных вод от потребителей с небольшим расходом воды (индивидуальные жилые дома, бытовые объекты, группы домов). Приведены основные характеристики устройств и систем современных технологий децентрализованной очистки бытовых стоков, в т. ч.: песчаных, гравийных, почвенно-растительных фильтров, биореакторов, сооружений гидроботанической очистки и др. Приведены также принципиальные экологические, санитарно-гигиенические, организационные и экономические оценки очистки стоков в условиях жилого дома и рассмотрены характеристики основных процессов, протекающих в устройствах систем децентрализованной водоочистки.
Рассмотрены известные подходы к выбору и разработке устройств и технологий децентрализованной водоочистки, в т. ч. с использованием средств автоматизации. Проанализированы основные подходы к утилизации компонентов сточных вод в условиях жилого дома.
Обзор рассчитан на специалистов, занимающихся проектированием и строительством небольших сооружений децентрализованной очистки бытовых сточных вод, и лиц, интересующихся этой проблемой.
Увеличение проблем, связанных с качеством нашей питьевой воды и стоимостью очистки и сброса сточных вод, указывают, что традиционные водоснабжение и практика очистки и сброса сточных вод нуждаются в изменении: мы должны найти новые бережные способы работы с водой, элементом жизни.
Margrit Kennedy. The Urban Environment in Europe. - Berlin: Reamer, 1997.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................3
Глава 1. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОДООЧИСТКИ
В УСЛОВИЯХ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА..............5
1.1. Экологический, санитарный, гигиенический аспекты...................6
1.1.1. Химические вещества - загрязнители....................................7
1.1.2. Канцерогенные и токсичные вещества................................11
1.1.3. Биологические загрязнения.................................................11
1.1.4. Основные правила безопасной работы с бытовыми сточными водами.................................................................13
1.2. Экономический аспект................................................................13
1.3. Организационные вопросы водоснабжения...............................15
1.4. Общетехнические требования.....................................................17
Глава 2. БАЗОВЫЕ УСТРОЙСТВА И ПРОЦЕССЫ
В СИСТЕМАХ ВОДООЧИСТКИ.................................................19
2.1. Устройства для начальной стадии обработки бытовых сточных вод.................................................................................20
2.1.1. Устройства для сбора, кратковременного хранения
и предочистки стоков..........................................................20
2.1.2. Устройства для очистки от взвешенных веществ (фильтры).............................................................................26
2.1.2.1. Фильтры грубой очистки..............................................26
2.1.2.2. Комбинированные устройства......................................27
2.2. Устройства для основной стадии очистки..................................28
2.2.1. Песчаные и песчано-почвенные фильтры............................29
2.2.2. Песчано-гравийные фильтры...............................................33
2.2.3. Ботанические площадки......................................................38
2.2.3.1. Почвенно-растительные фильтры.................................41
2.2.4. Водные объекты..................................................................45
2.2.5. Биореакторы микробиологической очистки........................50
2.2.5.1. Аэробные биофильтры................................................50
2.2.5.2. Аэротенки.....................................................................55
2.2.5.3. Биосорберы..................................................................59
2.2.5.4. Анализ основных показателей биореакторов, специализированных для очистки стоков
от индивидуального дома.............................................61
2.2.6. Устройства для переработки твердых отходов
и осадков, образующихся при очистке бытовых стоков.....63
115
2.3. Устройства для физико-химической обработки
сточных вод.................................................................................66
2.4. Химическая обработка сточных вод...........................................70
2.5. Гидроизоляционные материалы..................................................71
Глава 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ..............................................77
3.1. Схемы и технологии, рекомендуемые для очистки серых
или черных стоков......................................................................78
3.1.1. Схемы на основе септиков и фильтров-усреднителей........78
3.1.2. Комбинированные технологии, не использующие
септики и усреднители.........................................................80
3.1.3. Устройства, размещаемые частично или полностью
в обогреваемых помещениях...............................................82
3.2. Схемы с раздельной обработкой вод разных типов..................84
3.3. Схемы на основе концепции "живые машины"..........................86
Глава 4. УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД................................................90
Глава 5. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЯХ
АВТОНОМНОЙ ВОДООЧИСТКИ..............................................99
5.1. Принципиальные подходы к построению автоматизированных систем........................................................99
5.2. Основные средства автоматизированных систем.....................100
5.2.1. Методы аналитического контроля сточных
и технологических вод.......................................................102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................105
СОКРАЩЕНИЯ.....................................................................................106
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ.......................................................................106
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................107
ВВЕДЕНИЕ
Для застройщиков в России издано много литературы по архитектуре, строительству и ремонту индивидуального жилья. Предлагается множество архитектурных и технических решений. Но до сих пор недостаточно литературы по системам жизнеобеспечения и особенно по системам децентрализованной водоочистки.
Эти системы часто рассматриваются как некоторая стандартная конструкция без достаточной привязки к конкретным условиям окружающей среды: климату, составу почв, грунтов, воды, потребляемой в доме и грунтовой и т. д. Такой поверхностный подход обычно оборачивается бумерангом. Реализовать заданное качество очистки воды по месту использования очистных сооружений не удается. В результате резко ухудшается окружающая среда и, как следствие проживания в загрязненной среде, возрастает уровень кишечных, инфекционных, раковых и других заболеваний.
Между тем, недостатка новых конструкций для систем децентрализованной водоочистки нет. Проблема в отсутствии принципиальных общетеоретических основ водоочистки на установках малой мощности. Это затрудняет экологические и финансовые обоснования технологических решений, которые увязывали бы качество очистки и утилизации сточных вод с финансовыми возможностями застройщиков и социальными проблемами.
В итоге, сегодня трудности конструкторских разработок при всей важности их решения отступают на второй план. На первый план выходят проблемы создания достаточно дешевых, рациональных, надежных и экологически обоснованных технологий, учитывающих специфику условий окружающей среды на месте будущего строительства объекта - потребителя воды.
Потоки сточных вод объемом больше 2 - 3 м3/сут полностью очищать и утилизировать в пределах жилой усадьбы не всегда целесообразно. Часто речь идет о частичной подработке и частичном использовании стоков. Прошедшие неполную очистку стоки обычно направляют за пределы участка для естественной доочистки (например, в близлежащие низины или водоемы общего пользования) либо присоединяют к стоку систем централизованной канализации. В этом случае финансовые и экологические оценки крайне затруднены. Возможно, альтернативой может служить ограничение водопотребления до объемов, позволяющих утилизировать и частично ин-фильтровать сточную воду непосредственно на месте потребления.
В представленном обзоре сделана попытка проанализировать имеющийся в мировой практике опыт организации децентрализованной очистки и утилизации бытовых сточных вод и помочь читателю использовать этот опыт при выборе принципиальной схемы очистных сооружений для своего дома, группы домов, небольшого бытового предприятия.
Глава 1. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОДООЧИСТКИ В УСЛОВИЯХ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА
В настоящее время проблемы децентрализации водоочистки в жилом доме широко обсуждаются в литературе [1 - 6]. Децентрализация очистки и утилизации бытовых сточных вод позволяет снять многие экологические, финансовые, социальные и другие проблемы, связанные со строительством и эксплуатацией жилого дома, особенно в тех местностях, где отсутствуют сооружения централизованной водоочистки.
За счет децентрализации водоочистки и утилизации воды и полезных компонентов удается получить значительный экономический эффект. Это делает выгодной обработку стоков на месте. Вместе с тем, к качеству очистки воды предъявляются повышенные санитарно-экологические требования. Поэтому не всегда просто увязать сумму финансовых затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений с расходами на экологические мероприятия.
Нередко противники децентрализованной очистки бытовых сточных вод рассматривают проблему односторонне, игнорируя возможности утилизации воды и полезных компонентов непосредственно на приусадебном участке [7].
Между тем, именно утилизация воды и полезных компонентов из нее нередко позволяет решить многие экологические и финансовые проблемы водоочистки. Благодаря тому, что удается совместить в единой технологии очистку, обеззараживание, утилизацию полезных компонентов из стоков можно отойти от стандартных негибких подходов к водоочистке и применять новые принципы водоочистки. Однако возможности утилизации сточной воды на месте, как правило, ограничены.
Согласно данным, приведенным в работе [6], утилизировать без инфильтрации очищенной воды в почву в пределах индивидуальной небольшой усадьбы с числом жителей около 5 человек можно около 1 м3 стоков в сутки.
Потоки больших объемов по грубым оценкам до 3 м3Дут, по данным ЦНИИЭП инженерного оборудования [4], удается инфильтровать в грунт с помощью фильтрующих кассет площадью от 5 до 18 м2 в зависимости от фильтрующей способности грунта при уровне грунтовых вод не ближе 1 м к поверхности.
1.1. Экологический, санитарный, гигиенический аспекты
Известно, что любые загрязнения первоначально воздействуют на локальном уровне, но в сумме оказывают влияния регионального и даже глобального масштаба. Здесь и в дальнейшем рассматриваются экологические аспекты водоочистки на локальном уровне.
Экологический и санитарно-гигиенический аспекты водоочистки в условиях индивидуального жилого дома определяются главным образом качеством очищенных вод и технологией их утилизации.
Возможны два варианта утилизации стоков. В первом варианте частично очищенные стоки выводят за пределы участка для естественной доочи-стки, во втором - частично или полностью очищенные сточные воды утилизируют в пределах участка индивидуального дома.
При осуществлении первого варианта ослабляются санитарно-гигиенические требования для потребителей воды, но возникают санитарно-гигиенические и экологические проблемы в тех местах, куда сточные воды сбрасываются на доочистку. Окружающей среде может быть нанесен существенный ущерб, если способность к самоочищению участка - приемника стоков, окажется недостаточной.
При реализации второго варианта к вышеупомянутым проблемам добавляются проблемы "ограниченного пространства". В этом случае очистка и утилизация выделенных из стоков полезных компонентов осуществляются в ограниченном пространстве. Избыточная вода инфильтруется в почву и в грунт. При любом технологическом сбое или неправильно выбранной технологии могут быть созданы условия не только для концентрирования токсичных загрязнений до опасного уровня, но даже для образования новых токсикантов, которые раньше не встречались в природе. Вероятность этого явления особенно велика при почвенной инфильтрации воды и застойных или слабо протекающих грунтовых водах. Она, например, может быть связана со способностью почвенных частиц концентрировать в результате адсорбции различные (органические и неорганические) вещества. Последние могут поглощаться растениями и вступать в цепи питания (трофические цепи) с участием животных и человека, вызывая у них серьезные нарушения здоровья.
Следует заметить, что проблема загрязнения грунтовых вод при инфильтрации сточных вод в литературе [7, 8] поднимается довольно часто. Тем не менее, она остается открытой. В частности, очень мало известно о возможности загрязнения грунтовых вод патогенными бактериями. Авторы работы [7] указывают, что биологические аспекты результатов смешивания грунтовых и сточных вод в литературе практически не обсуждаются. Сегодня ясно, что нельзя фильтровать в землю неочищенные воды даже из септика. Последствия такой инфильтрации, как отмечается в работе [8], могут оказаться крайне тяжелыми, так как грунтовые воды являются не только приемником сточных вод, но и источником питьевых вод. Особенно серьезными последствиями может сопровождаться инфильтрация воды через близко расположенные септики. Между тем, в литературе нет четких рекомендаций по качеству очищенной сточной воды, предназначенной для инфильтрации.
Концентрации загрязнений в сточной воде зависят от степени благоустройства объекта - водопотребителя и, в конечном итоге, определяются нормами водопотребления. Чем выше норма водопотребления, тем менее концентрированы сточные воды.
Все загрязнения в сточных водах можно разбить на две группы:
- химические вещества;
- биологические загрязнения.
1.1.1. Химические вещества - загрязнители
Вещества загрязнители присутствуют в сточных водах в растворенном виде и в составе различных нерастворимых в воде частиц. Основные формы нахождения этих веществ и их происхождение показаны в табл. 1.1.
Из табл. 1.1 видно, что валовой состав сточных вод представлен минеральными и органическими веществами - загрязнителями сточной воды. Считается, например, [9], что органические вещества составляют 58, а минеральные - 42 % от общей массы примесей.
На основании приведенных в работе [9] данных состав органических веществ бытовых стоков можно представить с помощью табл. 1.2.
Таблица 1.1
Основные формы нахождения загрязнителей бытовых сточных вод и их происхождение
|
Органические вещества
|
|
Происхождение
|
Биоразлагаемые
|
Небиоразлагаемые
|
Минеральные вещества
|
|
Растворенные
|
Взвешенные
|
Плавающие
|
|
|
Поступают на
очистку
|
Углеводы, белки, ор-
ганические
кислоты,
ионоген-ные СПАВ
|
Мицеллы белков, СПАВ, органо-
минеральных ве-
ществ, клетчатка,
растительные и животные ткани
|
Пены, жиры (масла), лег-
кие фракции
растительных
и животных тканей
|
Неионоге-нные
СПАВ,
лигнин,
гумино-вые вещества
|
К+03МН/,аСГ
и другие
не-ор-
ганичес-кие компоненты
|
Вторичные за-
грязне-
ния
|
Вещества, образуе-
мые мик-
роорганизмами и экстрагируемые из фильтров
|
Отмершие дрожжи, микроорга-
низмы, отрабо-
тавшая биопленка, активный ил
|
Экстрагируемы тров гуматы,
другие органи
щества
|
е из филь-{эульваты и
ческие ве-
|
Вещества, образуемые
микроорга-
низмами и экстрагируемые из фильтров (N03~, NH4+, Са2+ и др.)
|
Таблица 1.2 Состав органических веществ бытовых стоков, %
|
