CC BY
44
УДК 628.3
СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОЧИСТКИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Н.А. Залётова, В.Ю. Касперович
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего бразования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация.
Городские сточные воды представляют собой смесь хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающую от жилого сектора и допустимые по загрязнениям к сбросу в городскую канализацию промышленные сточные воды поселений. Другой самостоятельный новый поток высококонцентрированных хозяйственно-бытовых стоков формируется от экотуалетов в железнодорожных вагонах, который должен быть обезврежен. В задачу настоящей работы входила оценка имеющейся научно-технической информации о составе и свойствах высококонцентрированного стока биотуалетов железнодорожных вагонов и методах его очистки.
Поскольку методов очистки такого типа стоков не выявлено, рассмотрены разработанные технологические схемы очистки промышленных сточных вод с близким уровнем загрязняющих веществ — органических и биогенных. Учитывая особенности стоков железнодорожного транспорта, рассмотренные технологии очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод могут быть рассмотрены только как ориентиры для разработки технологических решений очистки стока железнодорожных вагонов.
Ключевые слова:
сточные воды, биотуалет, водо-отведение, очистка, железнодорожный транспорт, азот, фосфор.
История статьи:
Дата поступления в редакцию 14.03.21
Дата принятия к печати 16.03.21
В результате многообразной деятельности человека формируются хозяйственно-бытовые и производственные сточные воды, различающиеся как по составу загрязняющих веществ, так и по уровню загрязнения отдельными загрязняющими веществами. По уровню загрязнения эти воды принято разделять на загрязненные и высококонцентрированные. Такое деление обусловлено особенностями выбора способов очистки. Хозяйственно-бытовые сточные воды формируются в результате жизнедеятельности человека, отводятся системой канализации, и представляют собой постоянный централизованный источник загрязнения водных объектов с относительно стабильным уровнем загрязнения сточных вод. Характерной особенностью формирующихся сточных вод является относительное постоянство образующихся загрязняющих веществ от человека. Основными видами загрязняющих веществ являются — органические вещества, взвешенные вещества и биогенные вещества — соединения азота и фосфора. Количество загрязняющих веществ, поступающих от одного человека (усредненная величина) установлено. Эти показатели включены в документы для выполнения расчетов уровня загрязнения сточных вод при проектировании очистных сооружений [1]. Поскольку система сбора и отвода сточных вод от жилищ единая, а потому загрязняющие вещества, образующиеся в домашнем хозяйстве, рассчитываются на присутствии во всем объеме отводимой воды от человека (нормы водоотведения) [2].
Более детальный анализ состава хозяйственно-бытовых сточных вод от жилого сектора позволяет выделить так называемый «черный сток» — фекальные воды от туалетов, и «серый сток» — хозяйственный сток, образующийся в ванных помещениях и на кухнях. В «черном стоке» загрязняющими веществами являются достаточно концентрированные смываемые физиологические выделения людей, «серый сток» представляет собой загрязненную воду от мытья людей и кухонные помывочные воды. Обнаруживаются существенные различия в составе указанных сточных вод: «черный сток» загрязнен значительно выше (это высококонцентрированный сток), «серый сток» — более разбавленный. Однако, поскольку упомянутые стоки отводятся по одной водоотводящей сети дома, загрязнения «серого» и «черного» стока усредняются и формируют загрязненные сточные воды, доступные для очистки при одноступенчатой технологической схеме биологической обработки сточных вод. Характерными концентрациями загрязняющих веществ, поступающих на очистные сооружения, являются: взвешенные вещества 300 мг/л, БПК5 250 мг/л, общий азот (по Кьельдалю) 28 мг/л, аммоний солевой 14 мг/л, фосфаты 8 мг/л.
Сточные воды с таким уровнем загрязняющих веществ наиболее хорошо изучены, для них разработаны современные технологии очистки.
Однако к настоящему времени появились потоки бытовых сточных вод с высокими концентрациями загрязняющих веществ. Этот источник сточных вод сформировался относительно недавно: это сточные воды, аккумулируемые на железнодорожном транспорте и вывозимые на очистку. Фактически это чисто бытовой «черный сток», который формируется из фекальных выделений людей — пассажиров железнодорожного транспорта. По расчетам, исходя из количества используемых вод и количества загрязняющих веществ, поступающих от 1 человека, концентрация загрязняющих веществ от человека — пассажира поезда — ориентировочно составляет: взвешенных веществ 2000 мг/л, БПК5 1950 мг/л, аммоний солевой 330 мг/л, фосфаты 47 мг/л, т.е. сток реально высококонцентрированный. В накопительную емкость сточных вод вводят дополнительное средство — латрин — концентрированное средство для дезодорации и обеззараживания систем канализации. Согласно утверждению производителя, средство эффективно устраняет газообразование и неприятные запахи, обеззараживает, ускоряет растворение твердых отходов, способствует снижению оседания загрязнений на стенках, обладает моющим эффектом. Оно не токсично, не содержит опасных компонентов, таких как хлор, фенол, формальдегид, кислоты, щелочи. Рабочие растворы средства не оказывают негативного влияния на детали из пластика, металла, резины, лакокрасочные поверхности (при соблюдении дозировки). Средство экологически безопасно. Входящие в состав продукта компоненты безвредны для окружающей среды, не вызывают нарушений режимов работы аэротен-ков очистных сооружений. Хотя средство, по заверению производителя, не должно вызвать опасение для биологической очистки, все же требуется практическое подтверждение этих слов. Загрязненные воды подлежат очистке.
Требования к степени очистки зависят от условий сброса сточных вод. Практически возможны два варианта обработки стоков, аккумулируемых в ж/д вагонах: прямая непосредственная очистка до концентраций загрязняющих веществ, допустимых для сброса в водный объект, либо сброс стоков в городскую систему водоотведения для совместной очистки на городских очистных сооружениях. В первом случае необходимо осуществить глубокую очистку сточных вод до установленных ПДК (предельно допустимых концентраций), либо другого норматива, действующего на территории. Во втором случае очистка стока должна осуществляться в соответствии с установленными правилами приема сточных вод в городскую канализацию [3, 4].
Наиболее реальным решением представляется сброс сточных вод в городские системы водо-отведения для совместной очистки на городских очистных сооружениях. Условия сброса загрязненных сточных вод в городскую канализацию разрабатываются с учетом местных условий для конкретных сооружений и не являются постоянными и жесткими. Например, только для Москвы
03
г
м О
-I
м
Э СО
I
го х
и
х х
и
Ф _ и и
.0 I
т
0 н
и
X
1 I
о и
ей
о
а ш С
и <
< ей
о н
ГО
0
а ^
а н
1
и
I
о ¡е о ¡е о и
и
5
X н
и
Т
0
(К
1
Щ
ц
и га а с
и московской области принят целый ряд вариантов условий сброса [5]. Допускается прием сточных вод в технологическую зону отдельных участков водоотводящей сети города с концентрациями взвешенных веществ 300 мг/л, БПКполн 150 — 300 мг/л, аммония (по иону) 2,4-6,7 (до 50) мг/л, фосфатов (по Р) 0,9-2,1мг/л. Однако, поскольку, как отмечено выше, стоки от экотуалетов содержат весьма высокие концентрации перечисленных загрязняющих веществ, во всех случаях перед сбросом стоков в городскую канализацию потребуется их локальная очистка.
Решению вопроса очистки высококонцентрированных стоков достаточно много внимания посвящено при рассмотрении очистки промышленных сточных вод. Высококонцентрированные стоки характерны для некоторых отраслей промышленности. Производственные сточные воды имеют значительно больший спектор загрязняющих веществ и более широкий разброс величин концентраций загрязняющих веществ по сравнению с хозяйственно-бытовыми сточными водами. Производственные воды могут включать щелочи, кислоты, нефтепродукты, токсичные тяжелые металлы — соли О", М, Бе, и др. При этом могут не содержать соединения азота и фосфора в необходимых количествах, позволяющих осуществлять биологическую очистку, или наоборот, иметь огромные концентрации соединений азота (до 1000 мг/л) [6-10].
Для очистки производственных высококонцентрированных сточных вод применяются аэротен-ки-смесители. Смешение сточной воды и активного ила достигается рассредоточенным впуском и выпуском сточной воды и активного ила, либо только рассредоточенным вводом очищаемой воды. Аэротенки-смесители обеспечивают выравнивание скорости потребления кислорода во всех частях сооружения за счет равномерного смешения вновь поступающей сточной воды с основной массой воды, находящейся в смесителе.
Для очистки производственных стоков находит применение комбинированная очистка в комплексе последовательно выполняемых сооружений. Ступенчатые системы биологической очистки также широко применяются для очистки производственных стоков. При этом двухступенчатая система биологической очистки может включать последовательную очистку в аэробных условиях на обеих ступенях технологической схемы. Другой технологической схемой биологической очистки является сочетание биологического анэробного процесса очистки на первой ступени и аэробного процесса на второй ступени очистки.
Высококонцентрированные по органическим веществам (БПК более 10 г/л) могут подвергаться предварительному сбраживанию в метантанках.
При нестабильном уровне содержания органических веществ в очищаемой воде возможно в технологическую схему очистки включение регенераторов.
Вариантом попеременной аэробной и анаэробной очистки является технология, в которой сточные воды, циркулируя в сооружении, многократно проходят аэробные и аэробные участки емкостного сооружения.
Аэроциркуляционные бассейны также предназначены для очистки концентрированных промышленных сточных вод. Применяются при полном отсутствии питательных веществ в промышленных сточных водах. Биологическая очистка в этих случаях дает высокий эффект при условии искусственной подпитки микроорганизмов-минерализаторов, для чего в воду добавляют недостающие в ней соли калия, фосфора и азота. Количество добавляемых солей устанавливают с таким расчетом, чтобы в очищаемой воде было азота 15-25 мг/л, фосфора 3-5 мг/л. Бассейны рассчитываются на длительное пребывание в них сточной жидкости при условии ее аэрации и перемешивания. В технологической схеме очистки сточных вод размещение бассейнов аналогично обычным аэро-тенкам. Кроме того, они могут размещаться на первой ступени очистки в качестве аэротенков-коа-гуляторов перед биофильтрами.
Циркуляцию воды обеспечивает насос, установленный в конце одного из каналов. Воздух подается по длине канала через аэраторы. Расчетная продолжительность очистки может достигать трех суток.
Высоконагружаемые биофильтры могут применяться как для предварительной обработки сточных вод, так и для окончательной их очистки. Однако в практике очистки производственных сточных вод биофильтры не проявили себя как сооружения, обеспечивающие надежные показатели качества очистки. Ввиду очень непродолжительного времени пребывания сточной воды в теле загрузки фильтра в нем протекает лишь первая фаза очистки — адсорбция органических веществ, вторая фаза — более медленная — не успевает заканчиваться. Сорбированные и накапливающиеся в слоях биофильтра органические соединения уносятся потоком очищаемой воды, отделяются только во вторичных отстойниках и переходят в осадок.
Предприятия должны разбавлять сточные воды возможно очищенной водой.
Наиболее высокими концентрациями загрязняющих веществ, при этом близкими к составу к сточным водам ж/д вагонов, являются предприятия мясомолочной и сельскохозяйственной отраслей промышленности, стоки животноводческих предприятий.
В состав загрязняющих веществ животноводческих стоков входят: взвешенные вещества БПК, ХПК аммоний солевой, фосфаты Животноводческие стоки включают остатки кормов и др. В табл. 1 приведены характерные загрязняющие вещества животноводческого стока [11].
Таблица 1
Содержание загрязняющих веществ в стоках животноводческих комплексов
Показатель Единица измерения Свиньи КРС
рН 7,1-7,2 6
Взвешенные в-ва мг/л 12400-20950 1232-8600
Общий азот мг/л 1696-4370 1300-3884
Аммиачный азот мг/л 643-1430 1400-2691
Фосфаты мг/л 430-900 155-1850
ХПК мг/л 7600-40000 5892-11696
БПК5 мг/л 2952-6716 1800-9200
Разработкой методов очистки высококонцентрированных животноводческих стоков занимались давно и многие вопросы решены. Известно, что для очистки высококонцентрированных вод применяются модифицированные биологические процессы. К общепринятым методам очистки относятся предварительная механическая и физико-химическая, за которыми следует биологическая очистка и доочистка.
В литературе имеются сведения об отрицательном влиянии аммонийного азота на процессы очистки сточных вод в аэротенках. Сточные воды свинокомплексов с высокими скоростями окисляются в аэротенках, однако получить качество очищенной воды с БПК менее 50 мг/л. практически не удается. В технологию очистки предполагалось включить отдувку аммиака после повышения pH сточной жидкости до 11. Однако этот прием привел к ухудшению качества очищаемой воды и способности окисления загрязняющих веществ.
Состав сточных вод сахарных заводов характеризуется высоким содержанием загрязняющих веществ: БПК = 15000 мг/л, ХПК = 20000 мг/л, общий азот 800 мг/л, при этом концентрация фосфора составляет всего 15 мг/л, Сточные воды кислые — показатель рН = 5,6. В состав сточных вод входят также: загустители, растворители, смачиватели, антивспениватели, уксусная кислота, кислотные металлсодержащие красители. Сточные воды на очистные сооружения поступали из пруда-накопителя (пребывание в течение 12 месяцев) и хорошо окисляются аэробным активным илом в аэробных условиях.
03
г
м О
-I
м
Э СО
.о
I
т о н
и
X
I I
^ 5
"I
I
и
1
о х о х о и
2 и
5
X н
и
т
О
СО
О а ш С
и <
< ей
о н
5
Г0
к
I
и ц
и га а с
Интерес представляет работа Christoe J.R., Anderson C.A. Они установили возможность очистки шерстомойных сточных вод без предварительного разбавления. Наиболее эффективной и экономичной оказалась двухступенчатая схема биологической очистки на биофильтрах, а затем коагуляция при рН = 5 в присутствии полиэлектролита. Эффективность снижения органических веществ по ХПК составила 75 %, жира — 80 %. Кроме того, исследователи выяснили, что присутствие в очищаемой воде СПАВ вызывает нарушение биологической очистки, увеличение выноса взвешенных веществ, торможение процесса нитрификации и денитрификации.
Вопрос очистки сточных вод ж/д вагонов рассмотрен АО «Русинжпроект» [12]. Представлен прогнозируемый набор сооружений для снижения концентрации жидких стоков от экотуалетов ж/д вагонов до требуемых норм сброса. Для биологической очистки стока ж/д вагонов предложено использование башенных сооружений. Эффективность такого предложения вызывает сомнение и требует практического подтверждения. Заключение
Сточные воды ж/д вагонов представляют собой высококонцентрированный сточные воды, содержащие большие концентрации взвешенных, органических и биогенных веществ (азота и фосфора) и включающие добавки не изученного характера изъятия.
К настоящему времени не выявлено проверенного метода очистки стоков ж/д вагонов, учитывающих состав сточных вод и отвечающих действующим требованиям к сбросу.
Представляется перспективным разработать ступенчатую схему очистки стока после фактической оценки состава образующихся сточных вод
ЛИТЕРАТУРА
1. СП 32.13330.2012. Канализация, наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
2. СНиП 2.04.03-85 Наружные сети и сооружения.
3. Постановление РФ от 15 сентября 2020 г. № 1430 Москва «Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием систем водоотведения поселений и городских округов».
4. «Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяй-ственное значение» Изд. ВНИРО. М. 1999 г.
5. Распоряжение № 01-01-14-182/20 от 19 августа 2020 года «Об установлении нормативов состава сточных вод для объектов абонентов АО «Мосводоканал».
6. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных областей промышленности М., Строй-издат. 1982.
7. Жуков А.И., Демидов Л.Г., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Канализация промышленных предприятий. Издательство литературы по строительству, Москва, 1969, 374 с.
8. Швецов В.Н. Глубокая биологическая очистка концентрированных сточных вод. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 1988 г.
9. Зейфман Е.А., Лебедева Е.А., Тихановская Г.А. Интенсификация процессов очистки сточных вод от биогенных элементов. Вологодский государственный технический университет. Вологда. 2003. 121 с.
10. Морозова К.М. «Биохимическая очистка сточных вод фабрик первичной обработки шерсти (ПОШ). Диссертация. Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии. Москва. 1978 г.
11. Вашкулат Н.П., Гончарук Е.И., Костовецкий Я.И. Гигиена животноводческих комплексов и охрана окружающей среды. Киев, «Здоровье». 1985. 85 с.
12. Колбасов А.В. Доклад: "Разработка технологии очистки жидкого стока экологически чистых туалетных комплексов (ЭЧТК) пассажирских вагонов АО ФПК предприятия ОАО «РЖД» Научно-практический семинар «Малые очистные сооружения: удаленный контроль и управление» 14 марта 2019 https://alta-group.ru/upload/pdf/ПРОГРАММА%20ЯЧ%202019.pdf (дата обращения: 13.03.2021).
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Н.А. Залётова, В.Ю. Касперович. Современные направления очистки высококонцентрированных сточных вод. — Системные технологии. — 2021. — № 38. — С. 44—49.
MODERN TRENDS IN THE TREATMENT OF HIGHLY CONCENTRATED WASTEWATER
N.A. Zaljotova, V.Ju. Kasperovich
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Key words.
waste water, bio-toilet, water disposal, treatment, railway transport, nitrogen, phosphorus.
Date of receipt in edition: 14.03.21 Date o f acceptance for printing: 16.03.21
Abstract.
Urban waste water is a mixture of household waste water coming from the residential sector and industrial waste water of settlements that is allowed to be discharged into the city sewer system. Another independent new stream of highly concentrated household effluents is formed from eco-toilets in railway cars, which must be neutralized. The task of this work was to evaluate the available scientific and technical information on the composition and properties of highly concentrated runoff of railway car toilets and methods of its purification.
Since no methods of treatment of this type of wastewater have been identified, the developed technological schemes for the treatment of industrial wastewater with a similar level of pollutants — organic and biogenic-are considered. Taking into account the peculiarities of railway transport effluents, the considered technologies for the treatment of highly concentrated industrial wastewater can only be considered as guidelines for the development of technological solutions for the treatment of railway car effluents.
z
H Û -I H
D
CÛ
I
re
I
и
I I
и s
Ф _
^ s
m со
.о
1
т
0
H
(J
x
2
1 I
о и
m
о
а ш С
и <
< со
о
I-
fO
0
а s а н
1 и J i о х о х о и
2 и
s
X н и s т
0
К
s
1
и ç
u re а с
