книги / Стратегия устойчивого развития урбанизированных территорий

и уплотняется, в ней прорастают семена овощей. На больших установках ее толщина доходит до 1 м.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных сооружениям (аэротенки, биофильтры). Искусственное культивирование микроорганизмов в специально созданных для них благоприятных внешних условиях (состав питательной среды, избыток растворенного кислорода, температура) резко ускоряет биологическую очистку сточных вод, хотя и требует дополнительных затрат.

Основной целью биологической очистки является обезвреживание, минерализация коллоидных и растворенных органических загрязнений сточной воды, которые не могут быть извлечены из нее механическим путем.

Органические вещества белкового происхождения попадают в сточные воды большей частью в виде мочевины [СО(NH2)2], образующейся в процессе обмена веществ в животном организме. Мочевина под влиянием уробактерий гидролизируется и образует углекислый аммоний.

В дальнейшем азот аммиачных солей окисляется в азотисто- и азотнокислые соли, причем процесс этот протекает в две фазы под влиянием двух видов нитрифицирующих бактерий-аэробов. В первой фазе аммонийные соли окисляются в азотистые соединения, а во второй фазе азотистые – в азотные соли.

Азотнокислые соли являются конечным продуктом окисления, и по их накоплению судят об успешности и полноте хода процесса нитрификации. Нитрификация связана с выделением тепла (экзотермический процесс), что играет немаловажную роль в эксплуатации некоторых сооружений биологической очистки сточных вод.

Биологическая очистка в основном протекает по типу аэробного окислительного процесса. Участниками его являются: органические вещества сточной воды, микробы и кислород воздуха. Вся задача технической организации этого процесса сводится к созданию таких условий, при которых все три элемента будут приведены в соприкосновение

171

и распад органического вещества будет идти с возможно большей полнотой и скоростью.

Для этого служат сооружения для биологической очистки сточных вод. Несмотря на большое внешнее разнообразие сооружений, сущность протекающего на них биохимического процесса остается одной и той же: они являются только технической основой, только приемом для достижения одним и тем же путем нужного для санитарной охраны водоемов результата очистки.

Техническая организация процесса биологической очистки основана на использовании тех же условий, в каких этот процесс биохимического распада органического вещества протекает в природе. По этому принципу сооружения и приемы биологической очистки могут быть разделены на две группы: 1) воспроизводящие ход процесса в почвенных условиях (поля фильтрации, поля орошения, земледельческие поля орошения, биологические фильтры, аэрофильтры); 2) воспроизводящие ход процесса в водной среде (биологические пруды, аэротенки).

Биологическая очистка сточных вод на малых очистных сооружениях производится, в основном, с использованием биофильтров, а на средних и крупных – на аэротенках.

Биологические фильтры представляют собой резервуары, заполненные твердым кусковым материалом, через который фильтруется поступающая на поверхность загрузки сточная вода.

В отличие от полей, на которые в известных условиях сточная вода может поступать и успешно очищаться без предварительного отстаивания, на биологические фильтры можно подавать стоки только после механической очистки.

Загрузочный материал сам по себе мертв и служит только механической основой для заселения его бактериями и другими простейшими организмами, жизнедеятельность которых уже играет роль в распаде, биохимическом окислении растворенных и коллоидных органических веществ сточной воды.

Источником появления живых организмов на фильтре служат сточные воды, содержащие огромное количество микробов. Первой фазой заселения фильтра является адсорбция микробов на поверхности загрузочного материала. В дальнейшем этот процесс продолжается, но одновременно идет бурное размножение микробов за счет питательных веществ, беспрерывно доставляемых сточными водами. Поверхность

172

всех частиц загрузки покрывается сплошной биологической пленкой, которая и играет роль основного активного агента в очистке воды. Чем больше общая поверхность пленки, тем выше окислительная мощность фильтра.

Процесс очистки воды идет в две фазы: растворенные и коллоидные органические вещества адсорбируются микробами, составляющими биологическую пленку, в первый же момент соприкосновения, а затем идетболеедлительный процесс ихминерализации и нитрификации.

Интенсивность этих процессов на фильтре значительно более высока, чем в почве, и очистка заканчивается за 2–3 часа, в течение которых вода профильтровывается через загрузку биофильтра.

Аэротенки представляют собой открытые резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки сточных вод обеспечивается постоянным перемешиванием смеси сточных вод с активным илом и непрерывной ее аэрацией на всем протяжении аэротенка. Подача кислорода в аэротенки может производиться воздухонагнетателями, механическими или струйными аэраторами.

В аэротенках окислительный процесс очистки сточной воды протекает аналогично тому, как это имеет место при самоочищении в открытом водоеме, но с несравненно большей интенсивностью. Достигается это благодаря искусственному насыщению всей толщи воды воздухом и обильному развитию аэробной флоры.

Аэротенки имеют форму вытянутых прямоугольных резервуаров шириной 1,5–2 м, длиной несколько десятков метров и глубиной 2–4 м.

Нагнетание воздуха под давлением в аэротенк решает не только задачу снабжения всей толщи воды кислородом, но и поддерживает всю массу хлопьев активного ила во взвешенном состоянии и приводит их в соприкосновение со всей массой воды. Этим обеспечивается беспрерывное биохимическое окисление органических веществ сточной воды.

Очистка воды идет в две фазы. Сначала растворенные и коллоидные органические вещества сточной воды адсорбируются на поверхности хлопьев активного ила. Эта фаза проходит очень быстро, за 30–40 минут, окисляемость воды падает на 50 % за счет исчезновения адсорбированных органических веществ из раствора; признаков минерализации и нитрификации в это время не обнаруживается.

173

Если вода продолжает оставаться в аэротенке, начинается вторая фаза, в течение которой происходит окисление части органических веществ, оставшихся в растворе, и, что еще более существенно, минерализация и нитрификация веществ, связавшихся с активным илом, благодаря чему восстанавливается, регенерируется его первоначальная способность к адсорбции. Эта фаза заканчивается в течение 5–7 часов, причем эффект очистки очень высок. Снижение БПК может быть дове-

дено до 95–98 %.

Накопленный при эксплуатации аэротенка активный ил поступает со сточной водой в отстойники вертикального или радиального типа, где при скорости движения 1 мм в секунду оседает. Отсюда активный ил перекачивают обратно в аэротенк, и поступает он туда вместе со сточной водой, прошедшей первичные отстойники. В аэротенке все время образуется некоторое количество избыточного ила. Его не возвращают в аэротенк, а сбрасывают в подводящий канал перед первичными отстойниками.

Получаемый в процессе биологической очистки в аэротенке избыточный активный ил может отводиться на иловые площадки для подсушивания и дальнейшего использования, а также может подвергаться после обезвоживания термическим методам обезвреживания с утилизацией энергетического потенциала и получением сухого остатка, который может использоваться в качестве добавок к строительным материалам, а также сорбентов и других товарных продуктов.

Возможно применение избыточного активного ила для получения метана в специальных установках – метантенках. При этом получаемый сброженный остаток может использоваться после обезвреживания для различных задач (как основа для удобрительных смесей, сжигания в качестве топлива).

Очистка и обезвреживание производственных сточных вод является сложной проблемой, поскольку по составу, расходам и свойствам они весьма вариабельны, что определяет в каждом конкретном случае необходимость подбора различных методов их очистки и обезвреживания, адекватных к конкретным загрязняющим веществам – компонентам сточных вод.

При решении проблемы обращения со сточными водами важным является не столько очистка уже полученных сточных вод, сколько предотвращение их образования путем внедрения безводных или маловод-

174

ных технологий или получение стоков с заданными расходами свойствами, что существенно облегчает решение вопросов их очистки, обезвреживания и использования их вещественного потенциала. При этом решающим является переход к маловодным или безводным технологиям, упорядочение водного хозяйства производственных объектов, внедрение оборотного и повторного использования очищенных сточных вод.

Важным является раздельное канализование стоков от отдельных производственных установок, участков, цехов, что позволяет до смешения и внутриобъектового разбавления сточных вод эффективно их очищать на локальных или групповых установках, а полученный частично подготовленный сток доочищать на общих очистных сооружениях.

Из практики известны примеры совместной очистки различных видов сточных вод от нескольких предприятий, когда возможная взаимная нейтрализация кислых и щелочных стоков, перевод подвижных форм тяжелых металлов в неподвижные или в осадки и т.п.

Для очистки и обезвреживания конкретных производственных сточных вод от различных производств накоплен большой опыт проектирования, сооружения и эксплуатации, широкий набор методов и установок для их реализации.

Из практики известны высокоэффективные схемы очистки сточных вод от нефтепродуктов, органических загрязняющих веществ, тяжелых металлов, фенолов и многих других загрязняющих веществ.

Важным является соблюдение регламентов работы очистных сооружений, исключение перегрузки сооружений подачи сточных вод в объемах и исходных концентрациях выше проектных, эффективный контроль за работой очистных сооружений и наличие обслуживающего персонала необходимой квалификации, с тем чтобы на выходе после очистных сооружений очищенная сточная вода имела необходимые параметры по содержанию остаточных количеств загрязняющих веществ, допустимых к сбросу в водные объекты – приемники сточных вод или в системы канализации (городской, районной и др.).

Достаточно широко распространена на практике предварительная очистка производственных сточных воды на локальных, групповых

иобщеобъектовых очистных сооружениях (обычно это механическая

ифизико-химическая очистка) с последующей доочисткой на общегородских сооружениях совместно с городскими хозяйственно-бытовыми сточными водами. При этом обеспечивается необходимое разбавление

175

производственных сточных вод хозяйственно-бытовыми стоками, а полученная смесь стоков имеет более приемлемые для биологической очистки составы загрязняющих веществ и их концентрации (обычно в пределах, допустимых для сброса на биологические очистные сооружения), а также необходимые для эффективной работы биологических очистных сооружений органогены (азот, фосфор, калий и др.).

4.2.6. Условия сброса очищенных сточных вод в природные водоемы

Поверхностные воды считаются загрязненными, если их состав или свойства изменились под прямым или косвенным влиянием деятельности населения и они стали в результате этого непригодными для одного или нескольких видов использования. Критерием загрязненности воды является ухудшение ее качества вследствие изменения ее органолептических свойств появления вредных веществ.

Условия спуска сточных вод в водоемы определяются с учетом: степени возможного смешения и разбавления сточных вод до створа водопользования; существующего уровня загрязнения водоемов до места проектируемого сброса сточных вод.

Запрещается спускать в водные объекты сточные воды, которые могут быть устранены путем рациональной технологии и максимального использования в оборотной системе водоснабжения. Запрещается также спускать воды, содержащие ценные отходы, и воды, содержащие производственное сырье, реагенты, полупродукты или конечные продукты производства. Бытовые и производственные сточные воды, которые с учетом местных условий и состава стоков могут быть использованы для орошения, нельзя спускать в водные объекты.

Требования к условиям спуска сточных вод в водоемы распространяются на существующие выпуски всех видов производственных и бытовых сточных вод, а также на все проектируемые выпуски сточных вод вновь строящихся, реконструируемых и расширяемых предприятий, на все проектируемые выпуски сточных вод канализации населенных пунктов.

Количество сточных вод, выпускаемых в водные объекты, определяется при помощи предельно допустимого сброса (ПДС). Под ПДС понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды

176

в контрольном пункте. ПДС устанавливается с учетом предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. При сбросе нескольких веществ с одинаковыми лимитирующими показателями вредности ПДС устанавливается так, чтобы с учетом примесей, поступивших в водоем или водоток от вышерасположенных выпусков, сумма отношений концентрации каждого вещества в водном объекте к соответствующим ПДК не должна превышать единицы.

Для каждого конкретного случая при установлении лимита отведения сточных вод в водный объект и для прогнозирования степени загрязнения водного объекта ниже по течению проектируемого выпуска расчет величины ПДС производится на основе уравнения баланса, учитывающего фоновую концентрацию, гидрологические, гидравлические и гидродинамические особенности водного объекта.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий, учреждений и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельные выпуски сточных вод в водные объекты в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования.

4.2.7. Контроль качества питьевых и очищенных сточных вод. Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения

Ведомственный контроль качества питьевых и очищенных сточных вод осуществляется владельцем водопроводных сооружений и систем сбора, очистки и отведения в водные объекты – приемники сточных вод или в системы общегородской канализации.

Питьевая вода должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

В порядке надзора государственный контроль качества питьевых вод, подаваемых водопроводами и децентрализированными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, осуществляют органы Роспотребнадзора по разрабатываемым ими графикам как в местах забора воды, так и после очистки при подаче ее населению в водораспределительных сетях и т.п.

177

Периодичность, объекты ведомственного и государственного контроля и перечень определяемых показателей должны соответствовать нормативным требованиям.

Ведомственный контроль качества очищенных сточных вод на этапах очистки и в местах сброса очищенных сточных вод в водные объекты – приемники сточных вод, а также в общегородские канализационные системы осуществляют владельцы очистных сооружений и канализационных систем, а государственный контроль в области охраны водных объектов осуществляют государственные уполномоченные органы – Росприроднадзор, Бассейновые водные управления и другие по своей принадлежности.

Сброс очищенных сточных вод в водные объекты осуществляется в соответствии с согласованным государственными надзорными органами ПДС, с тем чтобы в результате сброса очищенных сточных вод не происходило загрязнение водных объектов – приемников сточных вод выше допустимых пределов в соответствии с действующим водным законодательством.

Эксплуатация систем водоснабжения и водоотведения должна вестись в соответствии с действующими нормативными документами

иобеспечивать охрану источников водоснабжения от загрязнения и истощения, водные объекты – приемники сточных вод от загрязнения

иих рациональное использование.

Водоотведение является одной из основных частей экологии водного хозяйства и должно исключать сверхнормативные экологические нагрузки на водные объекты при сбросе в них очищенных сточных вод путем разработки и исполнения водоохранных мероприятий, предотвращающих деградацию водных объектов под воздействием сброса сточных вод.

При водоотведении необходимо руководствоваться рядом норма- тивно-правовых документов, направленных на охрану водных объектов – приемников очищенных сточных вод, в частности «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (утверждены 21.01.91 ГосНИИ по охране природы СССР).

Условия спуска очищенных сточных вод в водоемы должны выполняться в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод», которые распространяются на все объекты водоотведения, независимо от их ведомст-

178

венной принадлежности при обязательном согласовании с органами государственного санитарного надзора и рыбоохраны.

Концентрации химических загрязняющих веществ в очищенной сточной воде должны соответствовать ГН 2.1.5.689-88 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Соблюдение этих условий обеспечивает необходимую экологическую безопасность водоснабжения и водоотведения.

179

ГЛАВА 5. СТРАТЕГИЯ СБОРА, УДАЛЕНИЯ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

ИУТИЛИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

5.1.Стратегия управления образованием техногенных отходов

5.1.1.Отходы производства и потребления как источник негативного воздействия на население

иобъекты окружающей среды

Современное общество, которое характеризуется как общество потребления, является мощным источником образования отходов производства и потребления. Все то, что добывается и используется в качестве сырья при производстве продукции и услуг для удовлетворения потребностей общества, а затем и сама продукция, утратившая потребительские свойства и отработавшая свой ресурс, превращается в отходы производства и потребления.

По агрегатному состоянию отходы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. По уровню токсичности и опасности содержащихся в них химических веществ они могут быть чрезвычайно опасными (I класс), высокоопасными (II класс), умеренно опасными (III класс) и малоопасными (IV класс). По наличию в них биологических загрязнений (возбудителей инфекционных заболеваний, токсинов и др.) они могут быть отнесены к эпидемиологически опасным.

При размещении отходов в окружающей среде и контакте с ними населения могут происходить различной степени тяжести негативные воздействия, проявляющиеся в виде нарушения ландшафтов, загрязнения воздушной среды и водных объектов, изменения геологической среды, загрязнения и истощения природных ресурсов, загрязнения и деградации почв и сельскохозяйственной продукции, деградации флоры и фауны в виде снижения видового разнообразия и численности популяций вплоть до их полного исчезновения.

Это может привести к ухудшению природной среды и деградации естественных экосистем, ухудшению санитарных условий жизни и здоровья населения.

180