Лекция 12. Очистка сточных вод

По большинству регионов Российской Федерации сброс сточных вод не превышает 1,5% общего объема сброса сточных вод. При этом на долю таких крупных городов, как Москва и Санкт-Петербург, приходится более 20% сброса сточных вод в Российской Федерации. С учетом прилегающих к данным городам регионов (Московской и Ленинградской областей) общая доля сброса сточных вод составляет почти 30%. Высокая доля сброса сточных вод в данных регионах является следствием высокой доли забора воды из водных объектов. Причины этого – в значительной концентрации населения, большой степени урбанизации территорий, относительно высоком уровне благоустройства, а также наличии большого количества промышленных потребителей, пользующихся системами коммунального водоотведения.

Распределение сброса сточных вод но тинам населенных пунктов показывает, что в целом по Российской Федерации более половины стоков (55,6%) приходится на региональные центры, 40,9% сточных вод сбрасывается в водные объекты в прочих городских поселениях и 3,5% – в сельских поселениях.

Доля сельских поселений в общей структуре сброса воды ниже доли забора воды. Соотношение региональных показателей но региональным центрам и прочим городским поселениям противоположное (доля сброса сточных вод выше доли забираемой воды). Это обусловлено гем, что в сельских поселениях хуже обеспеченность инфраструктурой водоотведения и имеет место широкое использование воды в приусадебном хозяйстве (полив растений, поение скота).

Общее количество пропущенных стоков в расчете на 1 человека (как обеспеченного централизованным водоотведением, так и не обеспеченного) в целом по Российской Федерации составляет 7,7 м3 в месяц, что на 2,3 м3 ниже объема забираемой воды. В разрезе типов поселений данный показатель имеет схожую динамику с объемами забора воды из водных объектов и составляет в среднем по региональным центрам 11,9 м3/чел. в месяц, по прочим городским поселениям – 8,7 м3/чел. в месяц, но сельским поселениям – 1,0 м3/чел. в месяц. Для большинства регионов Российской Федерации характерна аналогичная тенденция. Основными причинами большой разницы объемов сброса сточных вод по типам поселений являются разница в объемах забора воды, а также различная степень обеспеченности поселений системами водоотведения. Доля городов и поселков городского типа, имеющих централизованное водоотведение составляет соответственно 97 и 79%, доля сельских населенных пунктов – 5%.

Количество пропущенных сточных вод от населения, обеспеченного услугами водоотведения, в целом по Российской Федерации составляет 8,3 м3/чел. в месяц, что на 1,7 м3/чел. в месяц ниже аналогичного показателя потребления воды (6,6 м3/чел. в месяц). Данная разница связана с тем, что объем отводимых сточных вод включает в себя как количество холодной воды, так и горячей.

Объем потребления воды (холодной и горячей, а также отведения стоков) в жилых помещениях, оборудованных ваннами с душами, в соответствии с СНиП 2.04.01 –85* "Внутренний водопровод и канализация зданий", используемыми при проектировании строящихся и реконструируемых систем внутреннего горячего и холодного водоснабжения, канализации, составляет 250 л/чел. в сутки (или 7,6 м3/чел. в месяц); объем потребления воды в жилых помещениях в домах свыше 12 этажей с повышенными требованиями к их благоустройству – 360 л/чел. в сутки (или 10,9 м3/чел. в месяц)• Указанные характеристики жилых помещений соответствуют наиболее высоким степеням благоустройства и являются наиболее ресурсоемкими с точки зрения потребления воды (и, следовательно, отведения стоков).

Особенно остро сложилась ситуация с очисткой сточных вод. Доля пропущенных сточных вод через очистные сооружения составляет в целом по Российской Федерации 90%, из них менее половины (45%) очищается до нормативных требований, т.е. только около 40% всех сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, очищается до нормативных требований. Относительно более благополучными с точки зрения очистки сточных вод до нормативных требований являются региональные центры, где из 97% сточных вод, проходящих очистку, 50% очищается до нормативных требований, т.е. 48,5% всех сточных вод очищается до нормативных требований. Лишь в 16 городах Российской Федерации (все они являются региональными центрами) 100% сточных вод очищается до нормативных требований и только в 11 субъектах РФ доля сточных вод, очищаемых до нормативных требований, превышает 90%.

Бытовые сточные воды представляют собой сточные воды от туалета (содержащие фекальные массы, бумагу, моющие вещества), ванны, стирки белья (содержащие большое количество синтетических поверхностно-активных веществ), приготовления пищи, мытья посуды, уборки помещения и т.п.

Изучение типа и количества сточных вод по каждому виду названных статей расхода показало, что в среднем на кухонные нужды (приготовление пищи, мытье посуды) приходится 15...20% сточных вод от семьи, ванну и душ – 20...25%, туалетный смыв – до 35%, стирку белья – до 20%. Туалетный и кухонный стоки содержат до 75% общего количества загрязнений бытовых сточных вод.

Указанные нормы включают все виды бытовых сточных вод (без расходов производственных сточных вод от промышленных предприятий). Количество загрязнений в бытовых сточных водах, поступающих от 1 человека в сутки, определяется в основном физиологическими показателями.

Показатель	Количество загрязнений на 1 человека, г/сут
ВПКполн неосветленной жидкости	75
ВПКполн осветленной жидкости	40
Взвешенные вещества	65
Азот аммонийный	8
Фосфаты Ρ2Ο5	3,3
Фосфаты Ρ2Ο5 (за счет моющих веществ)	1.6
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	2,5
Хлориды	9

Количество загрязняющих веществ от населения, проживающего в неканализованных районах, следует учитывать в размере 33% от указанных. При сбросе бытовых сточных вод промышленных предприятий в канализацию населенного пункта количество загрязняющих веществ от эксплуатационного персонала дополнительно не учитывается.

Городские сточные воды содержат загрязнения, которые находятся в виде взвесей, коллоидов и растворов. До 40% загрязнений составляют минеральные вещества: частицы грунта, пыли, минеральные соли – фосфаты, азот аммонийный, хлориды, сульфаты и др. Органические загрязнения очень разнообразны и образуются за счет поступлений отходов жизнедеятельности человека и животных, остатков продуктов питания, сырья. От бытовых сточных вод в состав органических загрязнений входят жиры, белки, углеводы, клетчатка, спирты, органические кислоты, от производственных стоков – специфические вещества, в том числе фенолы, продукты органического синтеза, хлорорганические соединения и т.д.

ОГЛАВЛЕНИЕ органических загрязнений в сточных водах определяется косвенными показателями: ХПК (химическая потребность в кислороде) и ВПК (биологическая потребность в кислороде). ХПК выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений, находящихся в сточных водах. ВПК выражает количество кислорода, необходимое для биологического окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях (без расхода кислорода на нитрификацию). Биологическое потребление кислорода для бытовых сточных вод заканчивается примерно через 20 сут (БПКполн), а величина 5-суточного потребления для бытовых сточных вод (ВПК5) составляет, как правило, 65...70% БПКполн, что на практике позволяет значительно сократить время определения этого показателя и с достаточной степенью точности определить количество органических загрязнений.

Температура сточных вод определяется климатическими условиями, источником водоснабжения, степенью благоустройства жилых и общественных зданий (наличие газа, централизованного горячего водоснабжения и пр.), условиями образования стоков на промышленных предприятиях и др. Температура существенно влияет на эффективность очистки сточных вод. Так, зимой, при прочих равных условиях, времени на удаление взвешенных веществ отстаиванием тратится на 30% больше, чем летом. Эффективность биологических процессов очистки резко снижается при уменьшении температуры сточных вод ниже отметки 9 °С, а при 6 °С эти процессы полностью прекращаются. В городские сточные воды с бытовым стоком поступают биологические загрязнения, включающие бактерии, в том числе патогенные, а также вирусы, яйца гельминтов и др. Патогенные бактерии (туберкулезные бактерии, лептоспиры, бруцеллы, бактерии туляремии, вибрионы холеры и т.п.), попадая в сточные воды или непосредственно в водоем, частично погибают из-за отсутствия специфического субстрата или оптимальной температуры, но значительная их часть сохраняет свою жизнеспособность в воде в течение разного периода времени.

Особый вид загрязнения бытовых сточных вод – бактериальный. Сточные воды содержат большое количество бактерий, в том числе патогенных и вирусов. Патогенные бактерии приспособлены к существованию в организме человека, животных, птиц. Попадая в сточные воды (или непосредственно в водоем), часть этих бактерий гибнет из-за отсутствия специфического субстрата или оптимальной температуры. Часть же бактерий сохраняет свою болезнетворную активность в сточной воде и в воде водоема. В сточной воде могут содержаться туберкулезные бактерии, лептоспиры, бруцеллы, бактерии туляремии, вибрионы холеры и т.п. Все эти бактерии сохраняются в воде в течение разного периода времени. Поэтому в качестве индикаторного показателя фекального загрязнения воды выбрана кишечная палочка Escherichia coli. Концентрация клеток бактерий группы кишечной палочки в воде определяет степень загрязнения воды бактериями.

Кроме бактерий в сточной воде присутствуют яйца гельминтов, которые обладают большой стойкостью и долго сохраняются в окружающей среде. Активный хлор в обычных для дезинфекции сточных вод дозах на яйца гельминтов не действует. Яйца гельминтов гибнут под действием прямых солнечных лучей (от высыхания), под действием высоких температур. Установлено, что яйца аскарид гибнут при 50...55 °С через 5. .. 10 мин, при 60 °С – через 5 мин, при 70 °С – через 10 с.

В состав сточных вод населенных пунктов входят ингредиенты, поступающие от промышленных предприятий.

В отличие от бытовых сточных вод состав производственных сточных вод более разнообразен и зависит от вида производства и используемых технологических процессов.

Производственные сточные воды, которые отводятся в системы водоотведения и на очистные сооружения населенных мест, должны подвергаться предварительной очистке.

Сточные воды промышленных предприятий должны подвергаться локальной очистке, основной целью которой являются:

– максимальное снижение потерь сырья со сточными водами;

– снижение потребления чистой воды;

– сокращение сброса сточных вод по объему и количеству загрязняющих веществ в водоемы;

– снижение объема внезаводских очистных сооружений и капитальных вложений в их строительство.

Многие из компонентов сточных вод промышленных предприятий содержатся в таком количестве, что из-за высокой токсичности их совместная очистка с бытовыми сточными водами невозможна.

В связи с этим Министерством жилищно-коммунального хозяйства РФ разработаны Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных мест от 02.03.1984 № 107, направленные на предотвращение нарушений в работе очистных сооружений и безопасности их эксплуатации за счет правильной организации приема промышленных сточных вод в канализационную сеть населенных пунктов. Правила приема разработаны на основе Правил охраны поверхностных вод для расчета допустимых концентраций загрязняющих веществ в производственных сточных водах с учетом требований к качеству очищенных вод в конкретных местных условиях.

Правила приема содержат требования к количеству и составу производственных сточных вод, принимаемых системами канализации города для совместного отведения и очистки с бытовыми сточными водами.

При определении концентрации загрязняющих веществ, сбрасываемых в систему канализации, необходимо учитывать условия сброса очищенных вод в водоемы, эффективность удаления этих веществ на очистных сооружениях, соотношение количества бытовых и производственных сточных вод. Концентрации веществ, которые не удаляются на очистных сооружениях, определяют из расчета соотношения объемов бытовых и производственных сточных вод и предельно допустимых концентраций (ПДК) в воде водоемов.

Чтобы оценить степень бактериального загрязнения воды, определяют коли-титр (титр кишечной палочки) или то наименьшее количество воды (в мл), в котором содержится одна кишечная палочка. Так, если коли-титр кишечной палочки равен 100, то на 100 мл воды приходится одна кишечная палочка. Иногда определяют коли-индекс, т.е. число кишечных палочек в 1 л воды.