Тема 13. Системи водовідведення і очистки стічних вод.

1. Системи водовідведення.

2. Загальноміські очисні споруди.

3. Умови прийому виробничих стічних вод в міську систему водовідведення.

4. Очисні споруди невеликих населених пунктів.

5. Поверхневий стік з міських територій та територій промислових підприємств.

1. Система водовідведення або каналізаційна система включає в себе: внутрішні системи водовідведення в житлових будинках та в виробничих приміщеннях; мережі водовідведення всередині кварталів; зовнішні мережі водовідведення; регулюючі резервуари, насосні станції і напірні трубопроводи; очисні споруди, випуски очищених стічних вод у водні об’єкти; аварійні випуски стічних вод.

Системи водовідведення поділяються на загальностічні, роздільні і комбіновані.

Загальностічна система водовідведення має одну водовідвідну сітку, яка служить для відведення вод усіх категорій: господарсько-побутових, виробничих і дощових. По усій довжині загальностічної системи можуть бути вмонтовані ливневі випуски для безпосереднього скиду в ріку частини стоку, що проходить по системі водовідведення. Це робиться з метою зменшення розмірів і кількості колекторів в кінцевій частині системи. Ливневі випуски вмонтовуються таким чином, щоб виключити можливість переповнення головного колектора під час сильних дощів. Зрозуміло, що випуск неочищених стічних вод веде до забруднення річки, тому розміри випускних отворів роблять, враховуючи асимілюючі здатності водотоку. Доречно використовувати таку систему тільки при наявності в населеному пункті повноводної річки.

Роздільна система водовідведення має два або більше колекторів, які використовуються для окремого відводу стічних вод. Господарсько-побутові води відводяться на загальноміські очисні споруди, де доводяться до кондиції, що дозволяє їх випуск у водні об’єкти. Виробничі стоки якогось підприємства або групи підприємств подаються на очисні споруди даного підприємства. Очищені стоки використовуються для технічного водопостачання або подаються на загальноміські очисні споруди для остаточного очищення і скиду у водний об’єкт. Талі і дощові води по колектору липневої каналізації подаються на очистку і в подальшому використовуються для технічних цілей або для скиду у водний об’єкт.

Неповна роздільна система водовідведення передбачає відведення господарсько-побутових та виробничих стоків по спільному колектору. Відведення дощових стоків здійснюється окремо по колекторах чи по канавах. Як правило, неповна роздільна система використовується для невеликих об’єктів водовідведення.

Напівроздільна система водовідведення передбачає відведення суміші господарсько-побутових і виробничих стоків по одному спільному колектору, а дощові – по другому. Дощові і виробничо-побутові колектори пересікаються. В місці пересікання встановлюються розподільні камери, за допомогою яких дощовий стік повністю або частково потрапляє з дощового колектору в головний. При значному об’ємі дощових вод в головний колектор поступає лише частина дощового стоку, найбільш забруднена, яка проходить по нижній частині дощового колектору. Менш забруднена частина дощового стоку через розподільну камеру виводиться у водний об’єкт без очистки.

Комбінована система водовідведення являє собою сукупність загально-сплавної системи з роздільною. Така система формується разом з розвитком і реконструкцією каналізаційної системи міста.

2. Вода, що потрапляє в міську систему водовідведення, являє собою суміш господарсько-побутових і виробничих стоків. По системі водовідведення ці стоки потрапляють на міські очисні споруди. Сюди також потрапляють, частково чи повністю, дощові стоки. Повний комплект міських очисних споруд включає в себе ряд блоків: механічного і біологічного очищення, доочищення, знезаражування, обробки осаду.

Механічне очищення забезпечує видалення із стічних вод крупних домішок, завислих і плаваючих речовин. До складу блоку механічної очистки входять решітки (іноді з дробинками), пісколовки, преаератори і первинні відстійники.

Решітки використовуються для вловлювання великих включень, які при необхідності подрібнюються.

Пісковловлювачі являють собою ємності певних розмірів. Принцип дії цих апаратів полягає в тому, що в них відбувається різке зменшення швидкості руху рідини, в наслідок чого відбувається осадження частинок піску. В пісковловлювачах видаляється 40-60% дрібних механічних домішок.

В преаераторах відбувається первинне насичення стічних вод киснем шляхом подачі стислого повітря. Це значно покращує процес біологічного очищення забруднених вод. Процес змішування стічних вод з бульбашками повітря сприяє видаленню нафтопродуктів та інших домішок, що плавають на поверхні води. Видалення їх відбувається в первинних відстійниках.

З первинних відстійників стічні води подаються в блок біологічного очищення, де відбувається розпад органічних сполук, які піддаються біохімічному очищенню. Серед споруд біологічного очищення найбільшого поширення набули аеротенки. Вони являють собою залізобетонні, цегляні або металеві ємності, в яких відбувається контакт очищених стічних вод з активним мулом при одночасному насиченні їх киснем. Активний мул представляє собою сукупність спеціально культивованих мікроорганізмів, які споживають органічні сполуки, що містяться у воді. Нормальний вміст активного мулу як правило складає 2 г на 1 л стічної води (по сухій речовині). Для інтенсифікації процесу в аеротенки подається стисле повітря у співвідношенні 1: 10 до води, яку очищують. Аеротенки в блоці біологічного очищення розміщують послідовно, таким чином, щоб стічна вода, проходячи через аеротенки, знаходилась в контакті з активним мулом протягом 18 – 20 годин. Температура води в аеротенках повинна бути не нижче +5°С і не вище +40°С.

Очищені в аеротенках стічні води поступають на вторинні відстійники. В цих відстійниках відбувається осідання активного мулу, який потрапляє сюди разом з водою з аеротенків.

Після вторинних відстійників стічні води рахуються такими, що пройшли біологічне очищення і можуть бути скинуті у водні об’єкти. Перед скиданням обов’язково потрібно проводити їх знезараження шляхом обробки хлорною водою. Після хлорування вода проходить дегазацію, оскільки потрапляння активного хлору у водойму може призвести до загибелі риби та інших живих організмів. Дегазацію проводять в каналах і водотоках на шляху від місця хлорування до місця випуску стічних вод у водний об’єкт. В деяких країнах замість хлорування для знезараження проводять озонування води. Кожний із способів має свої недоліки і свої переваги. На Україні використовують в основному хлорування.

Якщо якість очистки стічних вод не задовольняє умови їх скидання у водні об’єкти або стічні води збираються використовувати для технічного водокористування, то в цих випадках організують додаткове доочищення води. Для доочищення стічних вод використовують фільтри, установки пінної або напірної флотації, коагуляцію, сорбцію, озонування, установки для вилучення з води з’єднань фосфору і азоту. Для надання очищеним стічним водам якості природної води їх доочищення проводять в каскаді біологічних ставків або на біоінженерних спорудах типу біоплато.

В процесі біологічного очищення стічних вод утворюється велика кількість осаду, що складається з відмерлого або надлишкового активного мулу, якій видаляють з аеротенків і вторинних відстійників. Цей мул має вологість 97-98% і дуже погано віддає воду. Для його зневоднення він спочатку обробляється в метантенках або в аеробних стабілізаторах, а потім підлягає механічному зневодненню в гідроциклонах, центрифугах, вакуум-фільтрах або прес-фільтрах. Після чого його відправляють на мулові майданчики для остаточного висушування.

В метантенках, які представляють собою герметичні циліндричні резервуари, на протязі декількох годин відбувається бродіння мулу при температурі 33-53°С. В метантенках вологість мулу знижується до 92-94%. Під час бродіння утворюється метан, якій використовують в котельних станцій біологічної очистки. На 1 кг осаду (сухої речовини) утворюється близько 1 м³ газу з щільністю 1кг/м³.

В аеробних стабілізаторах, що являють собою звичайні аеротенки, активний мул підлягає посиленій аерації на протязі декількох діб. Вологість мулу знижується на 2-3% і він втрачає свою здатність утримувати вологу.

При механічному зневодненні вологість осаду знижується до 65-70%, а об’єм зменшується в 15-20 разів.

Остаточне висушування осаду відбувається на мулових майданчиках. Ці майданчики площею 0,25-2 га обваловані невеликими дамбами висотою 0,7-1 м. На них в природних умовах відбувається висушування і компостування мулу на протязі до 1 року. Компостований муловий осад є добрим органічним добривом. Але цей компост потрібно перевіряти на вміст сполук важких металів, який може бути підвищений.

3.Виробничі стоки, як правило, проходять очищення на підприємстві і в подальшому можуть бути використані цим же підприємством, скинуті у водний об’єкт, чи по системі водовідведення направлені на загальноміські очисні споруди. Необхідна степінь очищення стічних вод визначається умовами скиду стічних вод у водні об’єкти. Однак, можливості міських очисних споруд, основною ланкою яких є комплекс біологічного очищення, досить обмежені. На очисних спорудах з стічних вод практично не видаляються іони важких металів, не піддаються деструкції штучно синтезовані органічні речовини. Тому в складі виробничих стоків, що подаються на міські очисні споруди, вміст речовин, що не підлягають або погано підлягають біохімічному окисленню, повинен бути обмежений.

Активний мул, який являє собою сукупність мікроорганізмів, може бути знищений чи пошкоджений під дією кислот, лугів, токсичних речовин та високої температури. Тому виробничі стоки, що подаються на біологічне очищення не повинні згубно діяти на активний мул.

Крім того, стічні води не повинні викликати засмічення каналізаційних колекторів.

Виходячи з цього, забороняється скидати в міські системи водовідведення виробничі стічні води:

• такі, що мають pH менше 4,0 і більше 9,0;

• при показниках ХСК, що в 2,5 рази і більше перевищують БСК₅ або більш, ніж в 1,5 рази перевищують БСК_полн , що свідчить про значні концентрації в стічних водах органічних сполук, які не піддаються біохімічному окисленню;

• такі, що містять токсичні і радіоактивні речовини, збудники інфекційних захворювань, а також речовини, для яких не встановлені ГДК;

• з вмістом завислих і плаваючих домішок більше 500мг/л;

• з температурою вище 40°С;

В міські системи водовідведення забороняється скидати:

- осад після очисних споруд, ґрунт, будівельне та побутове сміття, виробничі відходи;

- кислоти, луги, розчинники, смоли, бензин, мазут і інші нафтопродукти;

- розчини, які містять сірководень, сірковуглець;

- речовини, здатні засмічувати труби, решітки, колодязі;

- вибухонебезпечні суміші і агресивні гази, що викликають корозію.

Скид стічних вод промислових підприємств в міську систему водовідведення повинний проводитись рівномірно на протязі доби. Залпові скиди не допускаються.

Скид стічних вод у водні об’єкти після очистки на загальноміських очисних спорудах регламентується нормативами гранично допустимих скидів забруднюючих речовин (ГДС). ГДС – це максимально допустима маса речовини, що викидається зі стічними водами за одиницю часу, яка дозволяє забезпечити дотримання норм якості води. ГДС встановлюється для кожного випуску стічних вод у водний об’єкт.

Враховуючи обмежені можливості загальноміських очисних споруд, управління по експлуатації цих споруд встановлює для підприємств, що скидають стічні води в міську систему каналізації, ліміти по кількості і складу промислових стоків.

4. Невеликі населені пункти використовують значно менші об’єми води порівняно з великими містами. Очисні споруди для невеликих міст більш прості, принцип дії яких полягає в процесі біохімічного розкладу органічних речовин мікроорганізмами.

Найбільш простими очисними спорудами є поля фільтрації. Вони являють собою сплановані майданчики з нахилом, обваловані невеликими дамбами, площею від декількох десятків квадратних метрів до 2 га. Поля фільтрації, як правило об лаштовані на проникних ґрунтах – пісках, супісках, легких суглинках. На полях фільтрації вода очищується мікроорганізмами. Крім того, в процесі фільтрації скрізь ґрунт, відбувається додаткова механічна і фізико-хімічна очистка води. Перевагами таких полів фільтрації є простота обладнання і експлуатації. Основними недоліками є використання великих площ, можливість забруднення ґрунтових вод. Забруднюється також атмосферне повітря газоподібними продуктами розкладання господарсько-побутових стічних вод. Неприємний запах відчувається на значній відстані від полів фільтрації.

Різновидністю полів фільтрації є поля підземної фільтрації, в яких на глибині 0,5-1,5 м вкладаються дренажні труби, по яких очищена вода відводиться з полів фільтрації і використовується для зрошування сільськогосподарських угідь.

Більш прогресивним методом природного біологічного очищення стічних вод є біоінженерні споруди типу біоплато. Для очищення і доочищення стічних вод населених пунктів використовують конструкції типу інфільтраційних і поверхневих біоплато.

Інфільтраційне біоплато – це інженерна споруда, розміщена в котловані глибиною до 2 м, на дні якого робиться протифільтраційний екран з поліетиленової плівки. Поверх екрану кладуть горизонтальні дренажні труби і шар щебеню, піску, керамзиту або іншого фільтруючого матеріалу. Зверху цієї споруди висаджують комиш, осоку, рогоз, іншу водну рослинність. По технології, в очищенні води приймають участь водні мікроорганізми (на поверхні плато), ґрунтові мікроорганізми (в фільтруючому шарі), водна рослинність і фільтруючий шар.

Поверхневе біоплато також розміщується в котловані і має протифільтраційний екран. Роль дренажу виконують накидані у котлован каміння, замість фільтруючого шару вкладають ґрунт котловану, на поверхні якого насаджують водні рослини. Ці рослини, крім функції очищення, забезпечують інтенсивне випаровування води, що підвищує пропускну здатність і ефективність полів фільтрації.

Очисні споруди по технології біоплато складаються, як правило, з декількох блоків, що розташовані каскадом, причому блок поверхневого біоплато є кінцевим. Початковим блоком споруди є відстійник, де відбувається видалення крупних фракцій і завислих речовин. Споруди біоплато не потребують електроенергії, хімікатів, висококваліфікованого персоналу і забезпечують надійне очищення стічних вод як літом, так і взимку.

5. Поверхневий стік з території міст і промислових підприємств є суттєвим джерелом забруднення водних об’єктів.

Поверхневий стік включає в себе дощові, снігові і поливо миючі стічні води . Він буває організованим і неорганізованим. Організований поверхневий стік збирається з території за допомогою спеціальних лотків і каналів і потрапляє в каналізацію або у водний об’єкт через випуски ливневих вод. Неорганізований поверхневий стік потрапляє у водний об’єкт безпосередньо по рельєфу місцевості.

Основними джерелами забруднення поверхневого стоку на міських територіях є:

• сміття з поверхні вулиць і тротуарів;

• частинки руйнування дорожніх покрить;

• продукти ерозії ґрунтових поверхонь;

• викиди в атмосферу забруднюючих речовин промисловими підприємствами, автомобілями, опалювальними системами;

• нафтопродукти, що потрапили на поверхню міської території;

• сировина, напівфабрикати, сипучі і рідкі речовини, що потрапили на поверхню території міста при перевезенні або недбалому складуванні;

• майданчики для збору побутового сміття.

Найбільш високий рівень забруднення поверхневого стоку спостерігається на територіях крупних торгових центрів, автомагістралях з інтенсивним рухом транспорту, територіях промислових і автотранспортних підприємств, будівельних майданчиків.

Формування поверхневого стоку відбувається під дією комплексу природних факторів (атмосферні опади, випаровування, фільтрація, затримка вологи рослинами) і антропогенних факторів (використання штучних покрить ґрунту – асфальт, бруківка і т.п., технологія миття вулиць, використання спеціальних систем збору поверхневих стоків). Специфічні особливості поверхневого стоку, пов’язані з епізодичністю його утворення, різкими змінами розходу і рівня забрудненості, зміни складу поверхневих стоків значно ускладнюють контроль і регламентацію його надходження в систему водовідведення або у водні об’єкти.

Склад поверхневого стоку з території промислових підприємств визначається характером основних технологічних процесів, ефективністю роботи систем пило- і газоуловлювання, організацією складування і транспортування сировини і відходів і санітарним станом території. Для забезпечення нормального виробничого процесу на території промислового підприємства необхідно забезпечувати своєчасне прибирання і вивезення снігу. Основним видом поверхневого стоку в цьому випадку є дощові стічні води. Залежно від речовин, що складуються на проммайданчиках промислового підприємства, ці підприємства поділяються на дві групи. До першої групи відносять підприємства, поверхневі стоки з території яких не містять специфічних речовин з токсичними властивостями і по своєму складу близькі до дощових стоків з районів житлової забудови. До цієї групи відносять підприємства енергетичної галузі, чорної металургії (крім коксохімічного виробництва), машинобудівні підприємства, металообробні і нафтопереробні комбінати, заводи приладобудування, підприємства легкої, харчової, електротехнічної галузі промисловості. Підприємства, що відносяться до другої групи, характеризуються наявністю в поверхневих стоках зі своєї території великої кількості органічних домішок і токсичних речовин. В поверхневих стоках з території підприємств другої групи містяться таки специфічні токсичні речовини, як тяжкі метали, феноли, фтор, миш’як, сполуки радону, аміак та інші. Наявність специфічних речовин визначається технологією виробництва.

Для того, щоб визначити кількість речовин, що потрапляють у водний об’єкт з поверхневими стоками, необхідно знати його склад і витрати. Кількість дощових і снігових вод залежить від кількості атмосферних опадів і характеристик території, з якої збираються поверхневі стоки. Об’єм стічних вод від поливомиючих машин визначається технологією поливу і площею території, яку поливають. Не усі атмосферні опади і води від мийки вулиць і доріг потрапляють у водний об’єкт. Частина атмосферних опадів захоплюється верхнім ярусом рослинного покриву і не досягає поверхні землі. Частина води затримується в нерівностях рельєфу, випарюється, просочується в ґрунт та ґрунтові води. Залишкова частина поверхневих стічних вод складає загальний шар поверхневого стоку.