книги / Стратегия устойчивого развития урбанизированных территорий

Для очистки воды от химических загрязняющих веществ применят различные методы и установки, позволяющие удалить их из воды или перевести в нерастворимое состояние. Для удаления органических загрязняющих веществ применяют сорбционные методы (углевание или фильтрация через слой активных углей).

Умягчение воды проводят реагентным методом (содово-известко- вый метод умягчения воды, умягчение воды едким натром, бариевыми солями, фосфатом), а также методами обмена ионов с применением ионитов (ионообменных смол, гумусовых углей, сульфированного угля, глауконитов и др.).

Обессоливание или опреснение воды проводят методами ионного обмена, электрохимическими методами, а также дистилляцией и вымораживанием.

Очищенная и обеззараженная вода после контроля ее состава и свойств при соответствии требованиям стандартов качества питьевой воды подается в резервуары чистой воды и далее через насосную станцию второго подъема подается в водоводы, через них в распределительную водопроводную сеть.

Общая технологическая схема водоснабжения урбанизированных территорий обычно представляет собой сочетание нескольких централизованных хозяйственно-питьевых водопроводов, обеспечивающих водоснабжение в достаточном количестве и нормативного качества для удовлетворения питьевых нужд, приготовления пищи, иных санитарнобытовых и хозяйственных нужд.

Наряду с нуждами населения большое количество воды, подаваемой хозяйственно-питьевым водопроводом, потребляется для различных производственных, культурно-бытовых нужд, в объектах общественного назначения, для полива зеленых насаждений, мытья и уборки дорог, проездов, городских территории и т.п.

Различают несколько видов водопотребления – для удовлетворения питьевых и санитарно-бытовых нужд населения, коммунальных нужд, для производственных, сельскохозяйственных, транспортных и иных нужд. Эти виды водопотребления различаются по требованиям, предъявляемым к качеству воды.

К санитарно-бытовому виду потребления относится расход воды на все разнообразные хозяйственно-питьевые и санитарно-бытовые нужды населения в жилых домах. Существенно значим расход воды

161

питьевого качества на санитарно-гигиенические нужды в зданиях и учреждениях общественного назначения (лечебно-профилактических учреждениях, физкультурно-оздоровительных, общественно питания, торговли, в банях, прачечных, плавательных бассейнах и т.п.). К этому же виду водопотребления относится и расход воды питьевого качества для удовлетворения санитарно-бытовых нужд персонала (рабочих и служащих) промышленных, транспортных и иных объектов для обеспечения общественного питания, работы санитарных узлов, душевых, прачечных, охлаждения и очистки вентиляционного воздуха и пр.

Для удовлетворения питьевых нужд человеку необходимо:

–при высокой температуре – 3,5 л в сутки;

–при средней физической работе – 4 л в сутки;

–в условиях жаркого климата – 5 л в сутки.

Значительно больше потребность в воде для хозяйственных и са- нитарно-бытовых нужд населения. Количество воды, потребляемой для этих нужд, быстро увеличивается с улучшением жилищных условий, санитарного благоустройства населенных мест и культурно-бытового обслуживания и с повышением уровня его санитарной культуры.

Технико-экономический прогресс, связанный с промышленным и коммунальным строительством, неизменно сопровождается интенсивным развитием водопроводного строительства, увеличением численности населения, обслуживаемого централизованными системами водоснабжения, а также общего количества подаваемой населению водопроводной воды.

При учете уровня водопотребления в населенных местах имеется в виду лишь то количество воды, которое подается населению централизованными системами водоснабжения. При этом в качестве показателя уровня водопотребления принимается, как правило, расход воды на одного человека в день. В ряде случаев для общей оценки состояния водоснабжения используются также другие показатели (число водопроводов, протяженность водопроводной сети и в особенности суммарное количество подаваемой населению водопроводной воды).

Существуют нормативы потребления воды населением в зависимости от степени благоустройства жилья (наличие домовых вводов водопровода, подключения к системам хозбытовой канализации, централизованного горячего водоснабжения и т.д.).

На количество воды, потребляемой населением, влияет много факторов – экономических, социальных, климато-географических, этниче-

162

ских и др. Наиболее значимыми из этих факторов являются уровень благоустройства жилья, благосостояние, уровень общей и санитарной культуры, тарифная политика и обеспеченность водомерными устройствами (счетчиками потребляемой воды).

По данным водоснабжающих организаций, в последние годы в РФ потребление воды населением, проживающим в многоквартирных домах в квартирах, оборудованных водомерными устройствами (счетчиками), колеблется в пределах 150–250 л на человека в сутки, что близко к зарубежным аналогам.

Увеличение тарифа (отпускной стоимости потребляемой воды) существенно сказывается на снижении объема потребляемой воды при прочих равных условиях.

4.2.4. Системы канализации хозяйственно-бытовых, производственных и ливневых сточных вод

Системы канализации хозяйственно-бытовых, производственных и ливневых сточных вод могут быть раздельными, когда каждый вид сточных вод имеет самостоятельную канализационную сеть, очистные сооружения и устройства для сброса очищенных сточных вод в водный объект – приемник сточных вод, или объединенными, когда имеется общая система канализации для двух или всех трех видов сточных вод. В том случае, если объединяются все три вида сточных вод, то такая система канализации называется общесплавной.

Поверхностный сток, основную массу которого составляют ливневые воды, образуется периодически после выпадения атмосферных осадков, таяния ледово-снежных отложений, а также самоизлива на поверхность земли ключей, родников и других подземных вод. В результате периодичности и неравномерности образования в зависимости от сезона года, количества, частоты, продолжительности и расхода выпадающих атмосферных осадков ливневые воды непостоянны по расходу, времени образования и качеству (составу загрязнений и их количеству).

В пределах населенных мест ливневые воды по уровню загрязнения обычно могут быть отнесены к категории хозяйственно-бытовых сточных вод средней степени загрязнения, а по расходу несколько превышают модуль поверхностного стока данной территории из-за большого числа заасфальтированных площадей, расхода воды на полив зеленых насаждений, мокрой уборки территории.

163

Ливневые воды в благоустроенных населенных пунктах обычно собираются и отводятся по системе ливневой канализации к собственным очистным сооружениям либо сбрасываются в систему хозяйствен- но-бытовой канализации.

Из практики известно, что большинство населенных пунктов РФ не имеет раздельной системы ливневой канализации, и ливневые воды через системы ливнесборных лотков, каналов сбрасываются по рельефу в ближайшие малые поверхностные водные объекты (ручьи, реки) в пределах городской застройки и далее в более крупные водные объекты – приемники поверхностного стока без надлежащей очистки и регулирования расхода сбрасываемых вод.

В большинстве крупных городов ливневые воды отводятся либо через системы ливневой канализации, либо сбрасываются в хозяйст- венно-бытовую общесплавную систему канализации.

Наиболее загрязненные первые порции ливневых вод образуются в начале выпадения атмосферных осадков, менее загрязнены все последующие порции ливневых вод. С учетом этого принимаются меры по очистке первых порций ливневых вод, а остальные сбрасываются в водные объекты без очистки.

Наиболее важными в санитарном отношении являются хозяйст- венно-бытовые и производственные сточные воды – основные источники загрязнения водных объектов в случаях недостаточной их очистки и обезвреживания.

Гигиеническое значение бытовых и промышленных сточных вод в отношении влияния на состав воды в водоемах и санитарные условия жизни прибрежного населения различно. Это различие определяется их происхождением, составом и количеством.

Бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды образуются в результате использования населением водопроводной воды для различных бытовых и хозяйственных целей и последующего поступления использованной воды в канализационную систему. Количество фекальнохозяйственных сточных вод на практике принимается равным количеству потребленной водопроводной воды. Благодаря относительному однообразию хозяйственно-бытовой деятельности населения среднее количество загрязнений на одного жителя канализованного города, поступающее в сеть в течение суток, является более или менее постоянной величиной (табл. 4.2.1).

164

Таблица 4.1

Количество загрязнений, поступающих в канализацию за сутки

Характер загрязнений бытовых сточных вод однотипен и устойчив. В связи с этим можно отметить только значительные колебания концентрации загрязнений в сточных водах, зависящие в основном от размеров потребления воды на одного жителя (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Концентрация фекально-хозяйственных сточных вод в зависимости от потребления воды

165

Хозяйственно-фекальная сточная жидкость имеет обычно низкую прозрачность, слабо щелочную реакцию (рН = 7,2–7,6) и характеризуется значительным содержанием неорганических и органических соединений во взвешенном, коллоидном и растворенном состоянии.

Для сточных вод характерно значительное бактериальное загрязнение, в частности, большим количеством кишечных палочек (титр кишечной палочки равняется 10–5–10–7), а также десятками и сотнями жизнеспособных яиц гельминтов в 1 л сточной воды. Бытовые сточные воды представляют существенную эпидемиологическую опасность в связи с содержанием в них патогенных микроорганизмов и вирусов.

Промышленные (производственные) сточные воды образуются в результате технологических процессов на производстве, сопровождающихся удалением отходов и потерей сырья. Количество этих сточных вод, определяемое потребностями технологических процессов, характеризуется значительными колебаниями и выражается так называемыми удельными расходами, т.е. количеством сточных вод на единицу продукции или на единицу перерабатываемого сырья.

Характер загрязнений, вносимых в водоемы промышленными сточными водами, определяется, как уже было сказано, условиями образования последних при осуществлении тех или иных технологических процессов. Ниже приведены данные, характеризующие состав сточных вод некоторых предприятий, по которым можно судить о возможном вредном влиянии их при сбросе стоков в водоемы, а также о необходимых мерах по их обезвреживанию.

Система канализации производственных сточных вод состоит из канализационных коллекторов, куда сбрасываются сточные воды из мест из образования; локальных очистных сооружения, предназначенных для очистки (обезвреживания) концентрированных или специфических сточных вод, содержащих загрязняющие компоненты, которые могут нарушить работу общих очистных сооружений; общие очистные сооружения.

Обычно производственные сточные воды после локальных очистных сооружений подвергаются механической или физико-химической очистке, а при наличии в значительных количествах органических загрязняющих веществ очищаются на биологических очистных сооружениях.

На практике обычно производится объединение систем канализования хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод с ис-

166

пользованием единых очистных сооружений (механическая и биологическая очистка) и объединенного выпуска очищенных сточных вод в водоем – приемник сточных вод.

4.2.5. Назначение и классификация сооружений по очистке сточных вод

Сооружения по очистке сточных вод предназначены для предотвращения загрязнения ими водных объектов – приемников сточных вод, утилизации ценных компонентов, а в отдельных случаях – обеспечения повторного использования очищенных вод в целях сокращения использования свежей (первичной) воды.

Основными задачами очистки сточных вод являются:

–очистка от взвешенных веществ (крупно- и мелкодисперсных);

–обезвреживание органических соединений, находящихся в сточных водах в растворенном или коллоидном состоянии;

–устранение опасности поступления в водные объекты – приемники очищенных сточных вод патогенных микроорганизмов и простейших, яиц гельминтов;

–обезвреживание (устранение до допустимых пределов) токсичных и иных загрязняющих веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов, радиоактивных веществ и т.п.);

–переработка, обезвреживание и утилизация образующихся в процессах очистки сточных вод осадков, шламови других твердых отходов;

–утилизация вещественного и энергетического потенциалов сточных вод.

Разнообразный характер и состав загрязнений, содержащихся в сточных водах, требует и разных приемов для их очистки и обезвреживания.

В соответствии с этим в наиболее общей форме система обработки сточных вод делится на механическую очистку, биологическую очистку, дезинфекцию.

Механическая очистка позволяет выделить из сточный воды большую часть минеральных и органических загрязнений, находящихся во взвешенном состоянии.

Биологическая очистка служит для переработки растворенных и коллоидных органических веществ, которые нельзя выделить из сточной воды механически в минеральные. Процесс распада органических

167

веществ носит биохимический характер и протекает в основном за счет жизнедеятельности микробов.

На этой же стадии задерживается наиболее мелкая взвесь (суспензия), от которой не удалось освободиться на сооружениях механической очистки.

Дезинфекция сточных вод применяется для предотвращения заражения водоема – приемника сточных вод.

Та или иная степень очистки и обезвреживания стоков устанавливается в зависимости от местных условий: характера и мощности водоема, его значения для питьевых, санитарно-оздоровительных или хо- зяйственно-бытовых нужд населения. Помимо того, принимаются во внимание интересы рыбного хозяйства и технического водоснабжения.

Задача механической очистки – освободить сточные воды от содержания в них взвешенных веществ. Последние чрезвычайно разнообразны по своему происхождению (физиологические выделения, кухонные отбросы, бумага, пробки, тряпки, вата, песок, частицы и т.п.), размерам (от нескольких десятков сантиметров до мельчайших частиц), химической природе (минеральные, органические) и, наконец, удельному весу – выше и ниже единицы. Все они увлекаются током сточной жидкости, так как скорость ее течения в трубах рассчитана на то, чтобы не дать взвешенным веществам выпасть в осадок и тем самым предотвратить засорение канализационной сети.

Концентрация взвешенных веществ в сточных водах колеблется в сравнительно широких пределах, главным образом в зависимости от размеров водопотребления на одного жителя (от 400 до 1200 мг/л).

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической или физико-химической очистке. В сооружениях для механической очистки сначала отделяются наиболее крупные загрязнения (решетки, сита), затем тяжелые взвеси (песколовки) и на заключительном этапе – основная масса тонкодиспергированных нерастворенных загрязнений (отстойники, осветлители).

Решетки и сита устанавливаются на всех очистных сооружениях независимо от способа подачи сточных вод – самотеком или под напором после насосной станции, которая обычно имеет решетки с прозорами более 20 мм.

Уловленные на решетках и ситах крупные компоненты отходов измельчаются и сбрасываются впоток сточных вод после решетоки сит.

168

Для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (песка, окалины) применяются песколовки. Их предусматривают при расходе сточных вод более 100 куб. м/сутнепосредственно после решеток.

Они подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости (тангенциальные и аэрируемые) [6].

Через песколовки сточная вода протекает со скоростью 10–30 см/с. При такой скорости на дне песколовки выпадает только минеральный осадок, в основном песок, а более легкая органическая взвесь уносится далее потоками сточной воды.

Осадок из песколовок не требует особой обработки. Он может удаляться на специальные площадки для подсушивания, а затем использоваться для нивелировки местности в качестве балласта или в производстве строительных материалов.

После песколовок сточная вода поступает в отстойники. Отстойники выполняют основную роль в процессе механической

очистки сточных вод. Независимо от той или иной конструкции отстойники представляют собой резервуары, в которых сточная жидкость движется медленно (миллиметры в секунду) и за время прохождения через отстойники освобождается от основного количества осадимой взвеси, опускающейся на дно, а жиры, масла и твердые взвеси с низким удельным весом всплывают на поверхность.

Весьма важно, что именно в отстойниках в осадок выпадает в основном органическая взвесь, и удаление, обезвреживание и утилизация этого осадка (ила) представляет особую задачу вобщей системеочистки.

Взависимости от направления, какое придается току сточной жидкости – горизонтальное или вертикальное, – отстойники по своей конструкции также делятся на горизонтальные и вертикальные. В первых движение взвешенных частиц находится под влиянием двух сил, действующих во взаимно перпендикулярном направлении: а) силы движения воды, перемещающей частицу в горизонтальной плоскости, и б) силы тяжести, увлекающей ее прямо вниз. В результате такого взаимодействия, по закону параллелограмма сил, частица перемещается по диагонали. Чем медленнее движется и чем выше удельный вес взвешенной частицы, тем быстрее она достигнет дна и выпадет в осадок. Расчетная скорость принимается не более 10 мм в секунду.

Ввертикальных отстойниках ток воды имеет направление снизу вверх; те же силы, что и в первом случае, здесь действуют прямо про-

169

тивоположно. При равенстве силы движения и силы тяжести частица теоретически должна остаться неподвижной во взвешенном состоянии. Для выпадения на дно отстойника сила движения частиц должна быть меньше силы тяжести. Поэтому для вертикальных отстойников принимается минимальная расчетная скорость движения воды более низкая, чем в горизонтальных (0,5–1 мм в секунду).

Конструкция отстойника должна обеспечить:

–равномерное течение сточной воды по всей ширине и глубине полезного объема сооружения;

–накопление осадка вусловиях, предотвращающих его взмучивание;

–задержание плавающих примесей;

–удаление осадка до его загнивания.

Отстойники, которые устанавливают перед биологическими очистными сооружениями, называют первичными, а после биологической очистки (обычно после аэротенков) – вторичными.

На малых очистных сооружениях применяют септики.

Септики являются сооружениями, в которых совмещается выпадение взвеси и переработка осадка. Этим они отличаются от горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойников, рассчитанных только на освобождение сточной воды от взвеси с удалением в более или менее короткое время свежего осадка на иные сооружения.

Выпадение взвеси в септике идет по тому же типу, что и в обычном горизонтальном отстойнике прямоугольной формы, но осадок задерживается на длительный срок (6–12 месяцев) и соответственно значительно увеличивается объем иловой части.

Чтобы повысить выпадение взвеси значительно, до 12–24 часов, удлинен и срок прохождения через септик сточной жидкости.

Существенная особенность сооружения состоит в том, что в самом септике происходит переработка осадка, подвергающегося под водой длительному анаэробному сбраживанию. Все органические вещества бытовых стоков распадаются в среднем на 25–30 %, но брожение идет в кислой среде, образующиеся органические кислоты жирного ряда не разрушаются до конца, и среди газообразных продуктов наряду с метаном и углекислым газом появляется сероводород.

На поверхности воды в септике образуется корка из частиц осадка, ставших после распада легче воды или выносимых пузырьками газов, выделяющихся иногда очень бурно. Корка все утолщается, подсыхает

170