Исследования процессов биологической очистки сточных вод на существующих локальных канализационных очистных сооружениях Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.356

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА СУЩЕСТВУЮЩИХ ЛОКАЛЬНЫ1Х КАНАЛИЗАЦИОННЫ1Х ОЧИСТНЫ1Х СООРУЖЕНИЯХ

Штонда Ю.И., Громова А. О., Дроздова А. С.

ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», Академия Строительства и Архитектуры (структурное подразделение), Адрес: г. Симферополь, ул. Киевская, 181.

Аннотация. Приведены исследования по эффективности биологической очистки сточных вод от пансионатов, гостиниц и жилых домов на существующих локальных канализационных очистных сооружениях.

Ключевые слова: сточные воды, биологическая очистка, локальные канализационные очистные сооружения, нитрификация, денитрификация.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время влияние экологии на качество жизни населения огромное и особенно это становится заметно на фоне ухудшения экологической обстановки в РФ. Возрастает плотность населения и, как следствие, уровень загрязнения окружающей среды продуктами жизнедеятельности человека.

Основными загрязнениями сточных вод являются физиологические выделения людей и животных, отходы и отбросы, получаемые в результате хозяйственной деятельности человека. В связи с резким увеличением на рынке всевозможных синтетических моющих и чистящих средств, шампуней и порошков, увеличились и объемы их использования на бытовом уровне, что, в свою очередь, приводит к изменению химического состава хозяйственно-бытовых сточных вод. Увеличивается содержания СПАВ, фосфатов, азотсодержащих, компонентов, хлоридов и др., что существенно ухудшает очистку на очистных сооружениях, уменьшая их эффективность. Кроме того, сброс неочищенных, или не качественно очищенных сточных вод на рельеф или в водоем чреват опасностью инфекционных заболеваний, может стать причиной снижения содержания в водах водоема растворенного кислорода и деградации водных экосистем.

С экологический точки зрения, хозяйственно-бытовые сточные воды - один из основных источников загрязнения водных экосистем. Они содержат органические вещества и массу биогенных элементов (азот и фосфор), при попадании которых в водные экосистемы происходит интенсивное эвтрофирование. В результате эвтрофирования, в водаемах происходит нарушение процессов саморегуляции в биоценозах, в них начинают доминировать виды, наиболее приспособленные к изменившимся условиям вызывая цветение воды. В период цветения в водоеме повышается рН, падает содержание растворенного кислорода, возникают заморные

явления у рыб, ухудшается качество питьевой воды.

Замедление и даже обратимость процессов эвтрофикации водоемов принципиально возможны путем прекращения доступа в водоемы биогенных элементов фосфора Р, азота N. При благоприятных условиях 1 мг азота продуцирует 20-25 мг водорослей. 1 мг фосфора - 40-250 мг.

Поэтому, если до 90-х годов XX века достаточно было очистить сточную воду от взвешенных веществ, органических примесей и провести обеззараживание сточной воды, то в настоящее время очистка сточных вод должна обеспечивать также удаление биогенных элементов.

Самым дешевым и эффективным способом очистки хозяйственно-бытовых сточных вод является биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Сущность метода заключается в способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

В основе биологической очистки лежат два свойства микроорганизмов:

- способность превращать примеси воды в биомассу клеток и внеклеточные продукты;

- способность синтезировать биофлокулянты и с их помощью образовывать многоклеточные агрегаты, легко отделяемые от воды.

Очистка сточных вод происходит в результате биологических процессов (биосинтез,

биоокисление и биовосстановление примесей воды) и физико-химических процессов (флокуляция, адсорбция). Газообразные продукты клеточного метаболизма (продукты биоокисления и биовосстановления) десорбируются из воды, а нерастворимые в воде продукты и клеточные агрегаты удаляются отстаиванием. В осадок переходят также взвешенные вещества сточной воды, которые с помощью биофлакулянтов включаются в клеточные агрегаты, а также

некоторые сорбированные биомассой примеси. [15].

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИИ

В ситуации, сложившейся в Республике Крым, в селах, пансионатах, дачных кооперативах и жилых домах, лишенных возможности подключения к централизованной

канализационной сети, проблема очистки сточных вод стоит на первом месте. Самый эффективный, на сегодняшний день метод очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от частных домов и мини гостиниц, является применение локальных канализационных очистных сооружений. В них используются биологические процессы, которые позволяют очистить загрязненные сточные воды на 98%. Очищенную воду возможно дренировать в грунт без вреда для окружающей природной среды, или использовать для полива, предварительно обеззаразив.

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 РФ и странах бывшего СНГ используют технологию биологической очистки сточных вод. Биологическая очистка осуществляется при помощи микроорганизмов, которые разлагают и окисляют органические загрязнения,

присутствующие в сточных водах, при этом выделяя энергию и размножаются. Для удаления из бытовых сточных вод соединений азота и фосфора применяются процессы нитрификации,

денитрификации и биологического удаления азота.

Строительство и эксплуатация локальных канализационных очистных сооружения в селах, пансионатах, дачных кооперативах и жилых домах, лишенных возможности подключения к централизованной канализационной сети в Республике Крым, наиболее приемлемо и эффективно, и позволит дальнейшее развитие побережья Азовского и Черного морей и территорий прилегающих к ним [5].

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВНИЯ

Для разработки эффективных решений, технических и технологических задач по строительству и эксплуатации локальных канализационных очистных сооружения в селах, пансионатах, дачных кооперативах и жилых домах, лишенных возможности подключения к централизованной канализационной сети в Республике Крым, рассмотрены и исследованы существующие локальные канализационные очистные сооружения в Республике Крым, в районе п. Лазурное и п. Семидворье, Алуштинского района, принимающие сточные воды хозяйственно-бытового характера от комплекса жилых домов.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В геоморфологическом отношении район исследуемых существующих локальных канализационных очистных сооружений принадлежит к Прибрежной полосе южного склона Крымских гор и находится в пределах центрального подрайона Горного Крыма.

Рельеф местности типично горный, сильно расчленённый и характеризуется двумя элементами:

- крупным, часто обрывистым, южным склоном яйлы, обрамляющим берег;

- более отлогой и низменной полосой собственно Южного берега, расположенной между подножьем яйлы и морем.

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 канализационных очистных сооружений эффективно удаляет с бытовых сточных вод соединения азота и органические загрязнения.

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 с бытовых сточных вод органические загрязнения, соединения азота и фосфора.

Из исследуемых локальных канализационных очистных сооружений, к первой группе относятся блок сооружений в районе п. Лазурное,

представленный ЛОС ЮБАС-100 и ЛОС БИО-30 в районе б/о «Эврика», п. Семидворье, к второй группе относятся блок сооружений в районе урочища «Аян-Дере» в п. Семидворье, представленный ЛОС «ККЛ».

Комплекс локальных канализационных очистных сооружений в районе п. Лазурное построен в 2010-2011 годах, для очистки сточных вод от удаленного жилого комплекса на берегу Черного моря. Проектная мощность существующего комплекса локальных

канализационных очистных сооруений, составляет 60 м3/сут. Данный комплекс был запроектирован как блок биологической очистки с использованием аэробного метода и состоит из трех блоков ЛОС ЮБАС-100.

Комплекс локальных канализационных очистных сооружений в районе б/о «Эврика», п. Семидворье, построен в 2012 году, для очистки сточных вод от жилого комплекса на берегу Черного моря. Проектная мощность существующего комплекса локальных

канализационных очистных, составляет 6 м3/сут. Данный комплекс был запроектирован как блок биологической очистки с использованием аэробного метода и состоит из блока ЛОС БИО-ЗО.

Комплекс локальных канализационных очистных сооружений в районе урочища «Аян-Дере» в п. Семидворье, построен в 2013-2014 годах, для очистки сточных вод от удаленного жилого комплекса на берегу Черного моря. Проектная мощность существующего комплекса локальных канализационных очистных, составляет 100 м3/сут. Данный комплекс был запроектирован как блок механической и биологической очистки с использованием анаэробного и аэробного методов, и состоит из четырех блоков ЛОС «ККЛ» изготовленных на базе ЛОС «AS-VARIO-150 comp» [6-8].

Отсутствие эффективного блока механической очистки сточных вод ЛОС ЮБАС-100 и БИО-30, при длительной эксплуатации, ухудшало качество биологической очистки, эффективность очистки по БПК5 составляла 60-70 %.

При увеличении температуры сточных вод более 22 °С на исследуемых ЛОС, количество растворенного кислорода в сточной воде уменьшается, и как следствие, биологическая очистка ухудшалась при максимальных поступлениях сточных вод.

Принятая конфигурация системы

пневматической аэрации на исследуемых ЛОС, в данных сооружениях применена аэрационная мембрана по типу FB 102, ограничена в случае необходимости увеличения подачи сжатого воздуха, расходом воздуха на единицу длины аэрационного элемента в час QL - 2-5 м3/м^ч. Для эффективной работы биологической очистки сточных вод на исследуемых ЛОС, в летнее время, необходимо увеличение подачи сжатого воздуха с расходом воздуха на единицу длины аэрационного элемента в час QL - 12 - 15 м3/м^ч.

Также, недостаточная продувка сжатым воздухом сточной воды и попадание мелкодисперсных взвешенных частиц при поступлении сточных вод на ЛОС свыше допустимых норм, влекло за собой заиливание блока активации.

Наличие эффективного блока механической очистки сточных вод ЛОС «ККЛ» изготовленных на базе ЛОС «AS-VARIO-150 comp», при длительной эксплуатации, не ухудшало качество биологической очистки, эффективность очистки по БПК5 составляла 85-95 %.

В связи с возможными техногенными авариями на сетях энергоснабжения в Республике Крым, произведены исследовательские работы по определению эффективности работы при восстановлении функционирования ЛОС «ККЛ» изготовленных на базе ЛОС «AS-VARIO-150 comp» и ЛОС ЮБАС-100, при отключении компрессорных установок на 24 часа. После ввода в работу компрессорных установок и выполнения штатных процедур запуска ЛОС, согласно технических паспортов, ЛОС «ККЛ» выходила на режим 70% эффективной очистки по БПК5 через 710 дней, в зависимости от температуры сточных вод. ЛОС ЮБАС-100 выходила на режим 70% эффективной очистки по БПК5 через 20-30 дней, также, в зависимости от температуры сточных вод. При этом, процесс денитрификации сточных вод на ЛОС «ККЛ» не нарушался.

Для повышения эффективности очистки сточных до требований ПДК, необходимо произвести изменения в технологической схеме работы локальных канализационных очистных сооружений следующим путем:

- установка эффективного оборудования для механической очистки сточных вод;

- установка эффективного оборудования для биологической очистки сточных вод;

- установка пневматических аэрационных систем в аэротенках установок;

- установка современного оборудования для доочистки сточных вод;

- повышение эффективности обеззараживания очищенных сточных вод.

Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ, на канализационных очистных сооружений возможна установка решетки марки РМБЩ с диаметром отверстий 1,5-3 мм. Решетка механизированная барабанная щеточная РМБЩ предназначена для извлечения из производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод грубодисперсных включений с размерами от 1,5 мм и с выгрузкой их в мусоросборник.

Принятая конфигурация системы

пневматической аэрации, в исследуемых существующих ЛОС, ограничена в случае необходимости увеличения подачи сжатого воздуха. Для эффективной работы биологической очистки сточных вод в установках биологической

очистки, в летнее время, необходимо увеличение подачи количества сжатого воздуха[9-10].

Для обеспечения необходимого количества растворенного кислорода для эффективного окисления биологических загрязнений активным илом, необходимо установить: эффективное отечественное оборудование для аэрации сточных вод.

Для доочистки очищенных сточных вод, на локальных канализационных очистных

сооружениях возможна установка блока барабанных микроситовых фильтров. Барабанные микрофильтры в первую очередь подходят для применения в рамках третьей стадии очистки, особенно при устранении нерастворенных веществ из хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Содержащая твердые частицы сточная вода поступает по отводящему трубопроводу во внутреннее пространство фильтрующего барабана, загрязнения

улавливаются на внутренней стенке ткани, а очищенная сточная вода протекает через фильтрующую ткань наружу. При этом процессе фильтрации все фильтрующее оборудование неподвижно. Фильтрующая ткань постепенно засоряется поступающими загрязнениями, повышается сопротивление ткани к протеканию, а внутри барабана повышается уровень воды. При достижении установленной разницы уровней во внутренней и внешней части фильтрующего барабана уровневый датчик, расположенный на передней части фильтра, автоматически включит привод вращения барабана. Одновременно с этим, промывочный насос перекачивает

отфильтрованную воду в форсунки промывочной системы. Направленный поток воды из форсунок срывает уловленные на внутренней стороне ткани загрязнения в сточный желоб, который расположен внутри барабана [11].

ВЫВОДЫ

Для обеспечения экологической безопасности населенных мест Республики Крым и повышения эффективности биологической очистки сточных до требований ПДК, предлагается использование локальных канализационных очистных

сооружений, в которых комплексно применены анаэробные и аэробные процессы. Для устойчивой работы механической очистки и доочистки сточных вод на ЛОС рекомендуется использование решеток марки РМБЩ и барабанных микроситовых фильтров, что позволит, также, повысить эффективность обеззараживания сточных вод и их повторного использования в народном хозяйстве

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эпоян С.М., Штонда Ю.И., Зубко А.Л., Богданов В.А. Основные проблемы и приоритеты очистки сточных вод малых объектов и

населенных пунктов в АР Крым. // Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення: V мiжнародна науково-практична конференщя., 7-11 вересня 2009 р, м. Алушта: Збiрник наукових статей. Харшв: «Райдер», - 2009. - Т. 1, - С. 322 -327.

2. Эпоян С.М., Штонда И.Ю., Штонда Ю.И., Зубко А.Л. Интенсификация очистки сточных вод на малогабаритных очистных сооружениях поселка Канака в АР Крым. // Науковий вюник будiвництва.— Харшв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. -2010.- Вип.56.- С.230-233.

3. Штонда Ю.И., Зубко А.Л. Интенсификация очистки сточных вод на малогабаритных очистных сооружениях Крыма. // ВСТ. Водоснабжение и Санитарная Техника -Москва - Houstechnik. - 2010. - № 9.- С. 8 - 12.

4. Эпоян С.М., Штонда И.Ю., Штонда Ю.И., Зубко А.Л. Совершенствование работы малогабаритных канализационных очистных сооружений поселка Малореченское в АР Крым. // Науковий вюник будiвництва.— Харшв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2010.- Вип.60.- С.271-274.

5. Штонда Ю.И., Фирсенков Ю.А., Штонда И.Ю. Влияние работы систем водоотведения на экологическую безопасность и социальную стабильность в поселках прибрежной зоны Черного моря. // Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення. VI м1жнародна науково -практична конференщя, м. Алушта 6-10 вересня 2010 р, Харшв: «Райдер», - 2010. - Т. 1, - С. 324 -326.

6. . Пацай Ю.И., Штонда Ю.И., Штонда И.Ю. Локальные канализационные очистные сооружения для коттеджей и частных домов. // Науково-практичний журнал «Вода i водоочистш технологи». - Ки1в - 2011. - №1.- С. 56 - 59.

7. Эпоян С.М., Штонда И.Ю., Штонда Ю.И. Локальные канализационные очистные сооружения для частных домов и малых объектов водопользования. // Науковий вюник будiвництва. - Харшв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2011.- Вип.65.-С.335-339.

8. Эпоян С.М., Штонда И.Ю., Штонда Ю. И., Пацай Ю.И., Коваль С. П. Локальные канализационные очистные сооружения «AS-VARIO comp» для частных домов и малих объектов водопользования. // Науковий вюник будiвництва. - Харшв: ХНУБА, ХОТВ АБУ. -2012.- Вип.69.- С.279-283.

9. Эпоян С.М., Петер Баслер, Штонда Ю. И., Зубко А.Л., Эдимов Р.Р. Использование современных воздуходувок для повышения эффективности работы малых очистных сооружений. // Науковий вюник будiвництва. -Харшв: ХНУБА, ХОТВ АБУ. - 2013.- Вип.71.-С.370-375.

10. Салиев Э. И., Штонда Ю. И., Штонда А. Ю., Шаляпин С.Н., Шаляпина Т.С., Пилявская А. В., Злобина А. Д. Использование альтернативных источников электроэнергии для энергоснабжения малых канализационных очистных сооружений в

Республике Крым. // Сборник научных трудов «Строительство и техногенная безопасность». -Симферополь: АСА ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского». - 2016.- Вып.3(55). - С.92 - 96..

11. Штонда Ю. И., Ручковская А. В. Реконструкция существующих канализационных очистных сооружениях с использованием мембранной ультрафильтрации. // Сборник научных трудов «Строительство и техногенная безопасность». - Симферополь: АСА ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского». - 2016.- Вып.5(57).

- С.99 - 103

REFERENCES

1. Epoyan S.M., Shton Yu.I., Zubko A.L., Bogdanov V.A. The main problems and priorities of wastewater treatment of small facilities and settlements in the Autonomous Republic of Crimea. // Ecologic security: problems and shifts: V international science conference, 7-11 spring 2009, m. Alushta: Zbirnik naukovich articles. Kharkiv: "Rider", - 2009. -T. 1, - P. 322 - 327.

.2. Epoyan S.M., Shton I.Yu., Shtonda Y.I., Zubko A.L. Intensification of wastewater treatment at small-sized sewage treatment plants in the village of Kanaka in the Autonomous Republic of Crimea. // Science Bulletin of Budivnik. - Kharkiv: CDTUBA, CCTV ABU. - 2010.- Vip.56.- P.230-233.

3. Shtona Yu.I., Zubko A.L. Intensification of wastewater treatment at small-sized sewage treatment plants of the Crimea. // VST. Water Supply and Sanitary Equipment - Moscow - Houstechnik. - 2010.

- № 9.- p. 8 - 12.

.4. Epoyan S.M., Shton I.Yu., Shtonda Y.I., Zubko A.L. Improving the work of small sewage treatment plants of the village Malorechenskoye in the Autonomous Republic of Crimea. // Science Bulletin of Budivnik. - Kharkiv: CDTUBA, CCTV ABU. -2010.- Vip.60.- P.271-274.

15. Shton Yu.I., Firsenkov Yu.A., Shton I.Yu. Impact of wastewater systems on environmental

safety and social stability in the settlements of the coastal zone of the Black Sea. // Ecologic security: problems and shuffles. VI International Scientific Conference, m. Alushta 6-10 spring 2010, Kharkiv: "Rider", - 2010. - V. 1, - P. 324 - 326.

6. . Y.I. Patsay, Y.I. Shtonda, I.Yu. Shtona Local sewage treatment facilities for cottages and private houses. // Scientific-practical journal "Water and Water-purifying Technologies". - Kiev - 2011. - №1.-p. 56 - 59.

7. Epoyan S.M., Shton I.Yu., Shtona I.I. Local sewage treatment facilities for private houses and small water use facilities. // Science Bulletin of Budivnitsa. - Kharkiv: KhDTUBA, CCTV ABU. -

2011.- Vip.65.- P.335-339.

8. Epoyan S.M., Shonda I.Yu., Shtonda Yu.I., Patsay Yu.I., Koval S.P. Local sewage treatment plants AS-VARIO comp for private houses and Malikh water use facilities. // Science Bulletin of Budivnitsa. - Kharkov: KhNUBA, CCTV ABU. -

2012.- Vip.69.- P.279-283.

9. Epoyan S.M., Peter Basler, Shtonda Yu.I., Zubko A.L., Edimov R.R. The use of modern blowers to improve the efficiency of small sewage treatment plants. // Science Bulletin of Budivnitsa. - Kharkov: KhNUBA, CCTV ABU. - 2013.- Vip.71.- P.370-375.

10. Saliev E.I., Shtonda Yu.I., Shtonda A.Yu., Shalyapin S.N., Shalyapina TS., Pilyavskaya A.V., Zlobina A.D. Use of alternative sources of electricity for the power supply of small sewage treatment structures in the Republic of Crimea. // Collection of scientific papers "Construction and technological safety." - Simferopol: ASA FGAOU IN "KFU them. V.I. Vernadsky. - 2016.- Vol.3 (55). - P.92 - 96 ..

1.11. Shtona Yu. I., Ruchkovskaya A.V. Reconstruction of existing sewage treatment plants using membrane ultrafiltration. // Collection of scientific papers "Construction and technological safety." - Simferopol: ASA FGAOU IN "KFU them. V.I. Vernadsky. - 2016.- Vol.5 (57). - p. 99 - 103

RESEARCHES OF PROCESSES OF BIOSCRUBBING OF EFFLUENTS ON EXISTENT LOCAL

SEWAGE SEWAGE TREATMENT PLANTS

Shtonda Yu.I., Gromova A.O., Drozdova A.S.

Summary. Resulted research on efficiency of bioscrubbing of effluents from resort hotels, hotels and dwelling-houses on existent local sewage sewage treatment plants.

Key words: wastewater, biological treatment, sewerage treatment plant, nitrifying, denitrification.