Методы и способы очистки сточных вод загородного дома

Результаты испытаний АВС

Применение аппарата с механическими перемешивающими устройствами требует больших производительных площадей и значительных капитальных затрат. Длительность циклического прочеса очистки при использовании данного метода составляет от 30 до 120 минут. В противоположность этому в комплект установки с применением АВС для очистки сточных вод от хрома методом химического восстановителя в щелочной среде при одновременном осаждении хрома и других металлов в виде гидроокисей входят лишь емкости для сернокислого железа и известкового молока с дозаторами, один АВС и фильтр или шламонакопитель-отстойник.

Биологические и биохимические способы очистки сточных вод

Чтобы избавиться от загрязнений органического происхождения, прибегают к биохимическим способам. Их сущность заключается в применении специальных микроорганизмов, которые способны расщеплять органические соединения на простые компоненты:

• воду;
• углекислый газ;
• минеральный осадок.

Такие бактерии находятся в воде регулярно, однако их концентрация невысока, поэтому естественное очищение происходит не быстро.

При биохимической очистке прибегают к воздействию аэробных или анаэробных микроорганизмов.

Ниже приведена их сравнительная характеристика.

Аэробные микроорганизмы	Анаэробные микроорганизмы
Они способны переработать сложные соединения органического происхождения. На фоне окисления они распадаются на углекислый газ, воду и минеральный осадок. Аэробным микроорганизмам требуется кислород, поэтому конструкции оборудуют специальными аэраторами и компрессорами.	Они присутствуют в стоках в малых количества. Им не требуется кислород, но для нормальной жизнедеятельности необходим углекислый газ и нитраты. Конструкция должна быть оснащена системой вентиляции, поскольку эти бактерии выделяют метан.

Очистка может осуществляться в естественных или искусственно созданных условиях. Ниже рассмотрены основные способы.

Биологические пруды

Биологические пруды – искусственно созданные резервуары малой глубины.  Они предназначены для очистки и доочистки сточных вод в совокупности сооружениями.

Технологическая схема процесса следующая:

• Микроорганизмы применяют для окисления загрязнений кислород, который образуется в результате фотосинтеза.
• Поскольку водоросли потребляют двуокись углерода и аммонийный азот, который выделяется в результате разложении органических веществ, требуется придерживаться оптимальных условий – температуры и рН.
• Пруды обустраивают в несколько ступеней, общая продолжительность пребывания в них составляет несколько дней.

Высокая результативность достигается летом. Различают несколько видов прудов:

Наименование	Специфика
Проточные пруды	Их особенность заключается в том, что стоки не разбавляются речной водой
Анаэробные пруды	Они подразумевают применение анаэробных методик. Глубина прудов – 2-3 метра
Проточные водоемы	В отличие от проточных прудов, стоки разбавляют посредством речной воды
Контактные водоемы	Сущность очистки заключается в том, что в стоячей воде биохимическое окисление происходит значительно быстрее.

Конструкции с аэробным разложением

Сооружения по локализации в них биомассы подразделяются на две основные группы:

1. Аэротенки (биомасса локализируется во взвешенном состоянии). Они представляют собой железобетонные конструкции прямоугольной формы, разделенные перегородками.
2. Биофильтры (биомасса фиксируется на неподвижном материале, который сточная вода обтекает тонким слоем). Это резервуары, заполненные крупнозернистым материалом, бывают с одной или двумя ступенями очистки.

Конструкции с анаэробным разложением

Анаэробное разложение происходит с выделением метана, воды и углекислого газа.

Наиболее распространены следующие типы очистных сооружений:

1. Септики. Сооружения могут быть с одной, двумя или тремя камерами, они используются для обслуживания небольших объектов. Подходят только для предварительной очистки стоков, после чего требуется доочистка.
2. Отстойники. В отличие от септиков, разложение органических примесей протекает эффективно и быстро.
3. Метантенки. Они представляют собой закрытые резервуары, где процесс минерализации органического вещества выполняется при искусственном подогреве.

Основные биохимические процессы в анаэробных и аэробных условиях

Способы дезинфекции очищенных вод

Дезинфекция применяется на последнем этапе комплексной очистки воды. Самое популярное применение имеет обработка её УФ излучением и хлором. Хлор традиционно используется на большинстве очистных сооружений. Но, поскольку он сам является токсичным загрязнителем, во многих странах от него стали отказываться, отдавая предпочтение таким соединениям, как гипохлорит и озон.

Пирогенная очистка

Такой способ очистки сточных вод применяется в случае образования стойких химических соединений. Для этого используют специальные печи и факелы. Печи больше распространены в развитых странах, но этот способ довольно дорогой. В России используют факельный метод, который обходится гораздо дешевле. Для этого загрязненные стоки вводятся в зону горения факела и обезвреживаются термическим методом.

Мобильные средства очистки воды

Если необходимость очистки возникает лишь периодически, а объём стоков не велик, то бывает целесообразно использовать не стационарные, а передвижные конструкции для очищения вод. Они включают в себя угольный фильтр, барботёры, насос и обеззараживающую ёмкость.

Что нужно учесть при выборе очистных систем

На современном рынке существует большое количество разных установок для очистки воды

Что бы выбрать из них оптимальную, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

1. Технология, используемая для очистки. Её эффективность и производительность.
2. Срок эксплуатации.
3. Из каких материалов выполнена конструкция очистных.
4. Безопасность и лёгкость в эксплуатации.
5. Наличие у производителя гигиенического заключения.

Помимо этого важно будет учесть и географические особенности местности, размеры участка, структуру почвы, уровень грунтовых вод, сезонность или круглогодичность пользования

Фильтрующие перегородки

Их применяют для выделения из стоков тонкодисперсных жидких или твердых соединений. Их устранение с помощью отстаивания достаточно затруднено. Разделение частиц осуществляется с помощью пористых перегородок. Они пропускают жидкость и задерживают диспергированную фазу. Операция протекает под воздействием гидростатического давления, вакуума, образованного после перегородки, и пр. Выбор приспособлений зависит от свойств стоков, температуры, конструкции фильтра и прочих параметров. Перегородки должны иметь достаточную прочность и гибкость, минимальное гидравлическое сопротивление, устойчивость, не должны разрушаться и набухать при заданных условиях. При фильтровании применяются установки различных конструкций. Однако любые виды устройств должны обладать высокой скоростью очистки и эффективностью отделения примесей.

Наилучшие доступные технологии (НДТ)

НДТ – современные технологии, основная задача которых заключается в решении актуальных экологические проблем различных промышленных предприятий. Наилучшие доступные технологии подразумевают значительное снижение внедрения в сточные воды, как опасных веществ, так и тех, которые не разлагаются со временем.

С этой целью может потребоваться:

• отказаться от применения хлора и особо опасных реактивов во время осуществления технологического процесса;
• организовать отдельный сбор и устранение остатков используемых веществ;
• внедрить в производство безопасные для окружающей среды реагенты (вместо химикатов, которые не разлагаются).

Особой эффективностью обладает устранение загрязняющих веществ в зависимости от фазово-дисперсного состава. Для этого предложено отделение твердой фазы сточных вод посредством фильтрации, отделение быстрооседающих частиц в песколовках и гидроциклонах и глубокая очистка от взвешенных веществ посредством мембран.

Интересно. Среди новых технологий особым спросом пользуются радиационная очистка воды и озонирование.

С помощью радиационной методики удается подвергнуть загрязняющие вещества окислению и разложению за короткий промежуток времени. При озонировании не образуются вредные для окружающей среды вещества.

Как это происходит?

В составе очистных комплексов существует отдельное подразделение, которое называют реагентным хозяйством. Коагулянты могут храниться в полностью растворенном виде или в форме твердого концентрата, помещенного в насыщенный раствор.

Резервуары размещены в помещении или около него в накрытом состоянии. Растворы готовят заранее путем перемешивания сжатым воздухом, мешалками, имеющими лопастную или пропеллерную форму.

Массовая доля коагулянтов в растворе может достигать 10 %, флокулянтов – 1 %. Обработку сточных вод реагентами проводят в специальных резервуарах (смесителях), которые делают со следующими конструктивными особенностями:

• перегородками;
• дырками;
• шайбами;
• пропеллерными мешалками;
• лопастями.

Важно! Растворы в смесителях пребывают на протяжении максимум 2 минут, затем по лоткам или трубам поступают в камеры, где образуются хлопья, или сразу в осветлители.

Проходная способность участков, через которые подается смесь сточных вод с реагентами, рассчитывается таким образом, что бы поток перемещался со скоростью 1 м/с, поступал в следующий отсек не более чем за 2 минуты.

Главная стадия очистки – формирование хлопьеобразных агрегатов осуществляется в камерах со следующими конструкционными решениями:

• водоворотами;
• перегородками;
• вихрями;
• механическими мешалками.

Водоворотные камеры имеют вид цилиндра, в которой сверху подается вращающийся поток сточных вод с коагулянтом.

Внизу расположена конструкция для уменьшения вращения раствора, который пребывает в емкости на протяжении 20 минут.

Камеры с перегородками имеют вертикальные или горизонтальные коридоры, по которым перемещается водный поток. Жидкости перемешиваются на поворотах, их количество достигает 8 штук.

В первом коридоре скорость потока равна 0,3 м/с, в последнем она уменьшается в 3 раза. Ширина коридорных протоков не бывает меньше 0,7 м, длина варьируется, зависит от размеров отстойника. Время пребывания очистных вод в камере может достигать получаса.

В вихревой камере, имеющей вид расширяющегося к верху конуса, вода подается в нижнюю часть со скоростью, достигающей 1,2 м/с, в верхнем слое, там где поток выпускают из камеры, его скорость достигает 5 м/с. Продолжительность пребывания растворов в емкости составляет 10 мин.

В камерах, оснащенных лопастными мешалками, сточные воды перемещаются со скоростью до 0,2 м/с, находятся в них на протяжении получаса.

После формирования хлопьев приступают к их удалению, в результате которого сточные воды осветляются. Процесс проводят в отстойниках горизонтального, вертикального или радиального вида.

Образовавшийся шлам отсасывают естественным или принудительным образом. Понятно, что второй вариант уплотняет осадок эффективнее.

В целом метод коагуляции приводит к ощутимому удалению примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном виде.

Многостадийность процесса, необходимость постоянного контроля концентраций добавочных реагентов, интенсивности перемешивания и хлопьеобразования не позволяет считать метод очистки простым и легким в исполнении.

Удаление тяжелых металлов

Потребность в принятии дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенически норм. Чаще всего такая ситуация наблюдается при близости скважины к септику или попадании этих веществ извне (осадки, протекание зараженных грунтовых вод, контакт с металлически фитингами).

Для удаления этих веществ в быту и промышленности используются следующие химические и физико-химические методы:

Тип металла	Допустимая концентрация в воде, не более мг/л	Рекомендуемый метод очистки воды
Марганец и железо	0,1	Ионообмен, аэрация с последующей подачей в засыпной фильтр с каталитическим зарядом, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей
Сероводород	0,01, вещество очень токсично	Окисление, выветривание, насыщение кислородом
Свинец	0,03	Обратный осмос, окисление и восстановление
Ртуть	0,001	Обратный осмос, а также окисление и восстановление
Хром	0,05	Окисление, обратный осмос и восстановление
Никель	0,1	Окисление и восстановление

Системы обратного осмоса при несомненной эффективности редко используются из-за дороговизны и ускоренного использования ресурсов мембран.

Важно! Рекомендуется выбрать систему обратного осмоса при очищении воды с высоким (от 20 мг/л) содержанием двухвалентного железа или невозможности использования других способов.

Основные методы

Система очистки стоков должна работать комплексно, чтобы полностью удалить все вредные и токсичные вещества. Применение какого-либо одного метода не дает стопроцентного результата.

Анаэробная биоочистка

Осуществляется при помощи бактерий, которые получают энергию без использования кислорода. Это наиболее экономически выгодный вариант, который позволяет довести уровень очистки стоков до 90%.

Наиболее эффективна система в домашних канализационных установках, куда сливаются фекальные массы. Анаэробные микроорганизмы добавляют из концентратов, которые можно купить в магазине. При этом есть возможность оборудовать приемку газа метана, который выделяется при переработке органики. Биореактор – это дополнительный плюс метода. Чтобы получить чистый газ, способный к горению, его необходимо очистить от влаги и углекислого газа.

Применяются такие комплексные установки в домашних хозяйствах, где выращивают животных, птиц. При больших объемах сырья биореактор окупает себя в течение года, учитывая, что хозяева пользуются газом и продают органическое удобрение.

Хранилище, куда попадают первичные стоки, называется метантенк. На дне находится активный ил, который представляет собой гранулы – сообщества бактерий

Микроорганизмы размножаются медленно, поэтому важно поддерживать оптимальные условия их выживания. Температура должна находиться в пределах 30 градусов

В процессе работы возникает необходимость откачки части микроорганизмов. Это делается ручным способом или с помощью ассенизаторной машины. Вещество безопасное – может использоваться для подкормки скота или в качестве удобрения на участке, так как содержит большое количество минералов.

Аэробный метод очистки стоков

Для продолжения очистки стоки из метантенка отправляются в аэротенк, в котором работу продолжают аэробные бактерии. Здесь процесс идет быстрее. Микроорганизмы размножаются активнее за счет присутствия кислорода.

Желательно, чтобы анаэробный и аэробный методы использовались вместе, так как аэробы завершают процесс биологической очистки.

Оборудование представляет собой открытые емкости – чаще всего железобетонные прямоугольные конструкции, куда попадает жидкость, предварительно очищенная от твердой органики. Для увеличения популяции бактерий нужно увеличивать концентрацию кислорода, что требует установки дополнительного оборудования.

Есть определенные требования к количественному составу бактерий. Например, простейшие организмы поедают бактерии, устраняя старые клетки и сильно разросшиеся определенные популяции.

Минус установки – высокая цена. Также необходимо найти подходящее место, чтобы установить оба резервуара.

Химические и физико-химические методы

Химические методы чаще всего комбинируют с механическими, так как по отдельности они не дают нужной степени очистки. Применяются препараты, которые нейтрализуют вредные вещества или окисляют их до безопасных соединений, которые потом улавливаются механическими фильтрами или приспособлениями.

Если стоки насыщены кислотными компонентами, в них добавляют щелочные вещества – известь, гидроксиды, соду. Если поступают щелочные стоковые жидкости, то используют кислоты – серную или соляную. В результате получают осадки в виде солей. Для контроля кислотности используют pH метр.

Озонирование – химический способ очистки, суть которого в окислении органики. Процесс происходит быстро — за короткий промежуток времени можно очистить большие массы воды.

Минус метода в том, что перед озонированием необходимо проводить очищение от твердых крупных примесей, что обычно делается в метантенках и аэротенках. Также велики расходы на энергоносители для данной технологии и реагенты, которые рассчитаны на определенные ионы, например – железа или марганца.

Физико-химические методы применяются, когда в предварительно очищенной жидкости присутствуют не только растворимые, но и взвешенные частицы. Основные из них:

• Флотация – пневматическая, напорная, механическая, электрическая. В результате взаимодействия пузырьков воздуха и взвешенных частиц возникают флотокомплексы, которые всплывают на поверхность в виде пены и следующим этапом удаляются.
• Ионообменный метод основан на замещении одних частиц другими. Очистку проводят ионитами – веществами наподобие синтетических смол.

Механические методы

Песколовки для очистки стоков отделяют жидкости от твердых нерастворимых частиц – шлаков, стекла, песка.

Для качественного отделения необходимо правильно отрегулировать скорость протекания жидкости через песколовку, чтобы частицы успели осесть на дно.

Анаэробный и аэробный способы

Эти методы очистки сточных вод предполагают использование микроорганизмов. Для аэробов необходимо постоянное поступление кислорода. При этом для поддержания их жизнедеятельности температура условий их пребывания должна быть в пределах 20…40 градусов. В ходе аэробной фильтрации культивирование микроорганизмов осуществляется в виде биопленки или в активном иле. Последний состоит из твердого субстрата и живых микроорганизмов. Они, в свою очередь, представлены водорослями, простейшими червями и бактериями. Рост биопленки проходит на наполнителе фильтра. Она представлена в виде слизистых обрастаний, толщина которых от 1 до 3 мм и больше. В биопленке присутствуют дрожжи, грибы, бактерии и прочие организмы. Аэробная очистка осуществляется как искусственным, так и естественным (природным) способом. Анаэробная фильтрация проходит без проникновения воздуха. Как правило, этот метод используется при обезвреживании твердых осадков, образующихся при применении других способов очистки. Твердые осадки подвергаются брожению в специальных резервуарах (полностью герметичных). Они называются метантенками. В зависимости от того, каким будет конечный результат, брожение может быть метановым, молочнокислым, спиртовым и так далее.

Системы

Для искусственной аэробной очистки чаще всего используют такие сооружения:

• Аэротенк – резервуар, в котором стоки смешиваются с активным илом. Часто он разделен на несколько камер, где происходят разные этапы биоочистки. Резервуар оснащен аэратором – системой подачи кислорода.
• Биотенк – разновидность аэротенков, в которой специальная загрузка позволяет увеличить общее количество биомассы.
• Биофильтр – бассейн с дренажем на днище. Очистка стоков происходит путем минерализации. Биоценоз – пленка аэробных микроорганизмов.
• Станция биологической очистки – локальное сооружение, которое устанавливается там, где нет возможности провести общесплавную канализацию. Очищенные стоки спускаются в грунт, а отходы используются в качестве удобрения. Станции перерабатывают объем сточных вод от 5 до 1000 куб. м. ЛОС очищают от 98-99% загрязнений.

Процессы анаэробной очистки зачастую проходят в таких традиционных сооружениях:

• Анаэробная лагуна – один или несколько отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев. Газы выделяются в атмосферу.
• Септитенк – отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и расщепляется анаэробами.
• Метантенк – конструкция, внешне похожая на септитенк. Но в резервуаре происходит перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.

Процесс очистки сточных вод

Система водоотведения состоит из приёмников сточных вод, внутридомовых и наружных канализационных труб, насосов. Таким путём грязная жидкость поступает на очистные сооружения.

СПРАВКА! Энергию тёплых сточных вод можно использовать для нагрева холодной воды. Рекуператор, который позволит экономить до 5 тысяч рублей в год, можно смастерить своими руками.

Один из способов контроля уровня загрязнённости стоков – вычисление сухого остатка. Сухой остаток в сточных водах определяют, выпаривая пробы и взвешивая количество сухого вещества. Измеряется в мг/л. Для отбора проб применяется не ручной метод, а автоматизированный пробоотборник.

Стоки перед сбросом в водоём обязательно подвергают многоступенчатой очистке в соответствии с требованиями ГОСТ.

Виды очистки:

• механическая;
• биологическая;
• физико-химическая;
• дезинфекция.

Механическая очистка, или фильтрация, позволяет избавиться от нерастворённых веществ. Крупный мусор улавливает решётка. Затем песколовка задерживает тяжёлые частицы, севшие на дно, а жироловка – всплывшие на поверхность (жиры, нефть). Их утилизация производится методами компостирования, сжигания. Затем происходит отстаивание сточных вод в специальных резервуарах – отстойниках.

Для отлавливания мелких взвешенных частиц применяют процеживание сточных вод через тканевые или пористые фильтры.

СПРАВКА! В процессе отстаивания и фильтрования задерживается 60% загрязнений.

Биологическая очистка эффективна для удаления органических примесей. В прудах отстойниках используются аэробные и анаэробные микроорганизмы (бактерии и простейшие). Иначе эту массу называют активным илом или биоплёнкой. Для очищения вод применяют дождевых червей. После биологической очистки ил со дна удаляется, а вода с высоким содержанием азота и фосфора поступает на следующий этап очистки.

Физико-химический метод очистки позволяет удалить растворённые вещества и мелкие взвешенные частицы. Способов несколько:

• аэрация (добавление в воду перекиси водорода или кальция приводит к выделению кислорода. В его присутствии окислительные реакции активней протекают. Очистные станции иногда называют системами аэрации);
• коагуляция (использование реактивов для выделения примесей в виде осадка);
• флотация (использование воздушных потоков, выносящих мусор на поверхность);
• сорбция (сорбентами часто выступают уголь и торф);
• центрифугирование (эффективно разделяются твёрдая и жидкая фракции);
• ионообменная и электрохимическая очистка (таким способом происходит удаление сульфатов и радиоактивных веществ: ртути, свинца, мышьяка и других);
• гиперфильтрация (метод, основанный на использовании мембран и обратном осмосе);
• нейтрализация (с помощью кислот или щелочей восстанавливают нормальный уровень pH 6,5 – 8,5);
• экстракция (органические загрязнители удаляются вместе с экстрагентом);
• озонирование (удаление 99% азота );
• эвапорация (водяной пар забирает из нагретой до 100° C воды летучие вещества);
• выпаривание и кристаллизация (иначе – термическое обессоливание).

Утилизация очищенных сточных вод системы водоснабжения и канализации происходит путём сброса их в водоём или в грунт. В первом случае требования к качеству очистки выше.

Химические

Сущность химических способов заключается в ведении специальных веществ. При осуществлении нейтрализации кислот и щелочей вводят специальные реагенты (известь, аммиак), а при осуществлении окисления — различные окислители (перманганат калия, газообразный и сжиженный хлор).

Это позволяет устранить токсичные соединения. К этим мероприятиям прибегают с целью устранения растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения.

Технологическая схема химического способа очистки воды

Основные физико-химические методы

При проведении физико-химических методик происходит устранение примесей неорганического происхождение и разрушение примесей органического происхождения.

К ним относятся следующие методы:

• Флотация. Через сточные воды пропускается воздух. Газовые пузырьки захватывают поверхностно-активные вещества (ПАВ), масла и ряд иных загрязнений, формируя на поверхности пенообразный слой, который с легкостью устраняется;
• Коагуляция. Этот способ подразумевает введение коагулянтов (к примеру, солей аммония или меди) с целью формирования осадков в виде хлопьев, которые, как и пенообразный слой, без проблем устраняются;
• Сорбция. С помощью данной методики происходит извлечение ценных растворимых веществ с дальнейшей утилизацией. Для ее проведения используют вещества, способные поглощать загрязнения (например, силикагель или активированный уголь).

Применение реагентов

Нейтрализация реагентами применяется, если в стоках нарушен баланс между кислотой и щелочью. В таких случаях исключается возможность реализации рассматриваемого процесса путем смешивания вод. Чтобы решить проблему, в стоки добавляют недостающие химикаты. Чаще такая технология применяется при наличии кислых вод.

Их нейтрализация основана на применении отходов от различных производств (шлам, который образуется после химической очистке на ТЭЦ). При наличии серной кислоты используются шлаки сталеплавильного производства.

Эффективность такой технологии основана на наличии в них большого количества соединений оксида магния и кальция. При этом учитываются следующие данные:

• количество кальциевых солей, присущих в воде и способных хорошо растворяться;
• количество кальциевых солей, плохо растворимых водой.

Известь вводится в стоки в виде молока либо сухого порошка. Самым экономичным вариантом считается применения извести-пушонки. Если необходимо обработать до 200 куб.м. воды, тогда применяют соду.

Особенности механической очистки сточных вод

Механическая очистка подразумевает выполнение таких действий:

• Методика процеживания, при которой вода проходит через специально изготовленную решетку. С применением подобных приспособлений всегда есть возможность отсеять различные крупнодисперсные компоненты. Чтобы производительность таких фильтрующих устройств была максимально высокой, вода проходит через них под высоким давлением;
• Фильтрование выполняется при помощи нескольких очистительных устройств. Система фильтров конструируется только из простейших материалов. Фильтры наполняются активированным углем, песком, мелкими металлическими фрагментами, гравием, стеклопластиковыми материалами.
• Способ отстаивания. Основная суть подобной методики заключается в разделении воды в нескольких камерах, в которых выполняется процесс оседания крупных и мелких фрагментов. Камера наполняется водой, которая потом отстаивается. В качестве отстойника в большинстве случаев применяется песколовка.

Продолжительность такой процедуры может составлять до нескольких дней.