Пацай Ю.И., Штонда Ю.И., Штонда И.Ю.
Локальные канализационные очистные сооружения для коттеджей и частных домов
В настоящее время влияние экологии на качество жизни населения огромное и особенно это становится заметно на фоне ухудшения экологической обстановки в Украине. Возрастает плотность населения и, как следствие, уровень загрязнения окружающей среды продуктами жизнедеятельности человека.
В густонаселенных районах показатели уровня загрязнения окружающей среды достигают критических значений. При этом отравляются поверхностные и подземные водные объекты, земля становится непригодной для использования в сельскохозяйственных целях. Достаточно остро проблема сточных вод проявляется в городах и поселках с централизованной канализацией. Однако, в селах, дачных кооперативах и коттеджах, лишенных возможности подключения к централизованной канализационной сети, проблема очистки сточных вод стоит на первом месте.
С появлением локальных канализационных очистных установок, проблема очистки сточных вод от частных домов и коттеджей получила современное и эффективное решение. Эти установки разработаны для очистки сточных вод от малых объектов водоотведения, в которых учтены многие неблагоприятные факторы, включая климатические и техногенные, например неравномерность поступления сточных вод, осадки, отключение электричества, неблагоприятные грунты, отсутствие у населения необходимых навыков по обслуживанию установок, длительность эксплуатации установок, высокий уровень грунтовых вод и т. д.
Практически все локальные очистные сооружения для очистки бытовых сточных вод в Украине и странах бывшего СНГ используют технологию биологической очистки стоков. Биологическая очистка осуществляется при помощи микроорганизмов, которые разлагают и окисляют органические загрязнения, присутствующие в сточных водах, при этом выделяя энергию и размножаются. Наличие в бытовых сточных водах большого количества соединений азота и фосфора, при попадании их в поверхностные и подземные водные объекты, приводит к ухудшению качества воды и почв, и, как следствие, повышение уровня нитратов в плодах растений, произрастающих на этих почвах, а также развитие токсичных микроорганизмов в водоемах. Для удаления из бытовых сточных вод соединений азота и фосфора применяются процессы нитрификации, денитрификации и биологического удаления азота.
Нитрификация – это микробиологический процесс, в ходе которого аммоний превращается в нитрит, а нитрит, в конечном итоге, – в нитрат. Нитрификацию осуществляет очень ограниченная группа автотрофных микроорганизмов. Процесс проходит в два этапа. На первом этапе аммоний окисляется до нитрита под действием бактерий, называемых Nitrosomonas. Затем нитрит окисляется до нитрата под действием другой группы бактерий – Nitrobacter.
Денитрификация – это процесс превращения под воздействием бактерий нитрата в атмосферный азот. При этом для окисления органических веществ используется не кислород, а нитрат. Денитрификация происходит там, где имеется нитрат и отсутствует (или почти отсутствует) кислород. Большинство денитрифицирующих бактерий – факультативные аэробы, т.е. при наличии кислорода они предпочитают его в качестве окислителя.
В процессе биологического удаления фосфора бактерии потребляют большие количества фосфата, который используется ими в качестве источника энергии, позволяющего разлагать субстрат в анаэробных условиях. Восполнение израсходованного фосфата происходит в аэробных и аноксидных условиях. В аэробных условиях количество потребленных из воды фосфатов больше, чем количество фосфатов, выделенное на предыдущем анаэробном этапе. Таким образом, разница между этими двумя величинами обуславливает эффективность удаления фосфора из сточных вод. Для эффективной биологической очистки сточных вод в локальных канализационных очистных сооружениях используются анаэробные, аэробные и аноксидные процессы. По способу применения этих процессов локальные канализационные очистные сооружения возможно разделить на две группы.
Первая группа – это локальные канализационные очистные сооружения, в которых биологическая очистка бытовых сточных вод осуществляется в результате использования аэробных и аноксидных процессов в аэротенках при наличии достаточного количества растворенного кислорода. Данная группа локальных канализационных очистных сооружений эффективно удаляет из бытовых сточных вод соединения азота и органические загрязнения. К этой
группе локальных канализационных очистных сооружений относятся установки: "ЮБАС-5"–"ЮБАС-30" (ООО "НЭП-Крым", Украина), "BIOTAL" (ООО "UKRBIOTAL", Украина), "ТОПАС-5–ТОПАС-30" (Группа Компаний "ТОПОЛ-ЭКО", Украина).
Установки "ЮБАС" отличаются стабильными характеристиками выходных показателей качества воды, что достигается благодаря применению технологии очистки, основанной на жёстко определенных временных промежутках. Разработчики данной технологии при эксплуатации системы полностью отказались от рабочего датчика уровня, находящегося в постоянном контакте с агрессивной жидкостью и являющегося ненадёжным элементом установки. В системах данного типа уровень контролируется бесконтактным пузырьковым датчиком. Приемная камера вмещает большой объем залпового сброса и может отсечь жиры и мусор. Биохимическая реакция денитрификации интенсивно проходит как в активационном резервуаре во время второй фазы, так и в объеме вторичного отстойника в двух фазах. Одним из факторов, который серьезно может влиять на эффективность очистки является зависимость процессов от большого количества используемого электромеханического оборудования, что, в свою очередь, при отключении более чем на 6 часов энергоснабжения установки приведет к гибели активного ила и, соответственно, прекращению работы установки на 15–30 дней.
В установках "BIOTAL" цилиндрический полипропиленовый биологический реактор, разделённый на зоны очистки, размещается в подземном железобетонном колодце на расстоянии не менее 5 м от здания. Установки BIOTAL полностью автоматизированы, с автоматическим поддержанием концентрации рабочего активного ила. Уровень кислорода во всех камерах периодически опускался до нуля, инициируя реакцию денитрификации и удаление соединений фосфора. Однако, стоит отметить, что излишнее технологическое усложнение систем автоматизации работы установки привело к увеличению ее себестоимости и, как следствие, удешевлению стоимости корпуса, что позволяет удерживать цену установки на конкурентоспособном уровне. Именно поэтому толщина стенок корпуса систем BIOTAL невелика и при монтаже необходимо производить бетонные работы по усилению корпуса. К недостаткам данных систем так же можно отнести низкую надежность применяемых герконовых датчиков уровня и прерывистость работы эрлифта главного насоса, что приводит к снижению общей надежности функционирования очистной установки.
Установки "ТОПАС" конструктивно очень удобны, все рабочие камеры установлены в одном корпусе, который в силу своей компактности обеспечивает оптимальное прохождение всех основных циклов очистки. Корпус изготовлен из вспененного полипропилена, который не подвержен коррозии и не нуждается в дополнительном бетонировании в котловане. Контроль над работой станции и техническое обслуживание при необходимости производится через небольшой сервисный люк. Работа автоматики в установках "ТОПАС" основана на поплавковом датчике уровня в приемном резервуаре, который включал аэрацию в аэротенке на время откачки приемного резервуара до нижнего рабочего уровня. Но этот принцип управления принципиально не учитывает концентрацию загрязнений в сточных водах. Сточные воды отличаются неравномерностью и различной концентрацией загрязнений, стоки меньшего объема обычно всегда содержат больше всего загрязнений и наоборот. В установках "ТОПАС" на очистку сточных вод с меньшей концентрацией расходуется больше всего кислорода и наоборот. Вследствие этого окисление органических загрязнений проходит неравномерно, показатели очистки часто нестабильны.
Вторая группа – это локальные канализационные очистные сооружения, в которых биологическая очистка бытовых сточных вод осуществляется в результате использования анаэробных процессов в септической зоне и аэробных процессов в аэротенках при наличии достаточного количества растворенного кислорода. Данная группа локальных канализационных очистных сооружений эффективно удаляет из бытовых сточных вод органические загрязнения, соединения азота и фосфора.
К этой группе локальных канализационных очистных сооружений относятся установки: "БИОЛАЙН-3"–"БИОЛАЙН-20" (ООО "Экопласт Штанцл Украина", Украина), "VARIOcomp K" (ООО "Асио Украина",Украина), "Микроклар" (Группа компаний "Ювента-Аква", Украина), "Green Rock 05" (ООО "Зелена скеля", Украина).
Установка "Биолайн" состоит из компактного полипропиленового корпуса в форме параллелепипеда, разделенного перегородками на отдельные функциональные отсеки: первичный отстойник, активатор и вторичный отстойник. Сверху корпус закрыт крышкой с люками для обслуживания, контроля процесса очистки и отбора проб очищенной сточной воды. Источником сжатого воздуха является компрессор, устанавливаемый в специальном отсеке в корпусе установки. Преимуществами данной установки являются: высокая эффективность очистки (до 95%), использование стойких к коррозии материалов, отсутствие движущихся частей, простота конструкции, монтажа, обслуживания и эксплуатации, низкое энергопотребление. К недостаткам установки "Биолайн" можно отнести высокую стоимость на самонесущие конструкции.
Установка "Микроклар" отличается простотой конструкции и небольшими габаритами локальных очистных систем, что делает ее весьма удобной и финансово выгодной при реконструкции устаревших септиков. Кроме того, подобное решение полностью соответствует требованиям СНиПов для современного жилищного строительства. Недостатком установки "Микроклар" является отсутствие достаточного запаса ёмкости очистного сооружения. При залповом сбросе сточных вод в установку возможен вынос активного ила и снижение эффективности биологической очистки.
Установка "Green Rock 05" состоит из емкости с крышкой, внутри которой смонтирован фильтр с пластиковой загрузкой и системы аэрации. Установка "Green Rock 05" осуществляет биологическую очистку сточных вод лишь в паре с уже существующими сооружениями по механической очистке сточных вод (септики и т.п.). Недостатком установки "Green Rock 05" является отсутствие достаточного запаса ёмкости очистного сооружений, что в случае залпового сброса сточных вод в установку приводит к вымыванию биоплёнки с загрузки фильтра и фактическому прекращению биологической очистки сточных вод.
Установки AS-VARIOcomp K состоят из самонесущего полипропиленового резервуара, разделенного перегородками на индивидуальные технологические пространства с внутренним оборудованием. Все части установки легко доступны через смотровую шахту. Установки стабильны в работе, характеризуются высокой эффективностью очистки и выдерживают залповые сбросы стоков. Все технологические функции реализованы еще на этапе изготовлении системы, поэтому никакие работы, кроме строительных, при первой установке не требуются. При временном сокращении объёма подаваемых стоков предусмотрена возможность переключения системы в экономный режим работы. Локальные канализационные очистные сооружения с легкостью переносят перерывы в поступлении стоков и разовые перегрузки, которые свойственны "дачному" стилю проживание. При сезонном проживании возможна консервация системы на неограниченный срок. Все приведенные технологические примеры локальных канализационных очистных сооружений по очистке бытовых сточных вод созданы на основе анализа лучших достижений в области биологических очистных систем. Очистка проходит полный цикл очистки, вплоть до удаления азота. В итоге, кроме получения чистой воды, мы также исключаем санитарно-эпидемиологические предпосылки заражения людей и загрязнения окружающей среды.
Опубликовано:
Науково-практичний журнал «Вода і водоочистні технології». – КиЇв – 2011. - №1.- ст. 56 – 59.
