Что такое очистные сооружения, какие они бывают и как работают

Каждый день промышленные предприятия, жилые районы, объекты коммунальной и транспортной инфраструктуры образуют значительный объем сточных вод. Вместе с водой в систему канализации поступают песок, взвешенные вещества, органические загрязнения, нефтепродукты, жиры, соединения азота и фосфора, остатки моющих средств, соли, металлы и другие примеси.

Состав сточных вод зависит от источника их образования. Бытовые стоки отличаются от производственных, а поверхностные воды с территории промышленного предприятия — от стоков пищевого производства или нефтебазы. Поэтому очистка не сводится к прохождению воды через один фильтр. Для удаления разных видов загрязнений требуется последовательная работа нескольких технологических ступеней.

Очистные сооружения — это комплекс инженерных сооружений, технологического оборудования, трубопроводов, насосных станций и систем автоматизации, предназначенный для приема, очистки и отведения сточных вод.

На очистных сооружениях из воды последовательно удаляют механические, органические, минеральные, химические и биологические загрязнения. После обработки очищенная вода может быть направлена в систему водоотведения, сброшена в водный объект при соблюдении установленных требований или возвращена в производственный цикл для повторного использования.

Таким образом, современные очистные сооружения решают сразу несколько задач:

• обеспечивают требуемое качество очищенной воды;
• снижают экологическую нагрузку на водные объекты и почву;
• предотвращают загрязнение территории предприятия;
• позволяют соблюдать требования к водоотведению;
• создают условия для повторного использования воды;
• снижают риски аварий, штрафов и остановки производства.

При этом универсальной схемы очистных сооружений не существует. Состав оборудования и последовательность технологических процессов определяют индивидуально — с учетом расхода стоков, характера загрязнений, режима поступления воды и требований к результату очистки.

Для чего нужны очистные сооружения

В процессе бытовой и производственной деятельности свойства воды изменяются. В нее попадают растворенные и нерастворенные примеси, которые не должны бесконтрольно поступать в окружающую среду или городскую канализацию.

Основное назначение очистных сооружений — удалить загрязнения до показателей, позволяющих безопасно отвести или повторно использовать обработанную воду.

Без очистки сточные воды могут стать причиной:

• загрязнения рек, озер и подземных вод;
• снижения содержания растворенного кислорода в водоеме;
• накопления токсичных веществ в донных отложениях;
• развития патогенной микрофлоры;
• эвтрофикации и зарастания водных объектов;
• ухудшения состояния почвы;
• появления стойких неприятных запахов;
• нарушения работы централизованной системы водоотведения.

Для промышленного предприятия очистные сооружения имеют не только природоохранное, но и производственное значение. Нестабильная работа системы очистки может ограничивать объем выпуска продукции, увеличивать плату за водоотведение, приводить к превышению допустимых показателей и создавать риски для непрерывности технологического процесса.

Правильно спроектированный комплекс позволяет учитывать не только текущую нагрузку, но и возможное расширение производства. Поэтому очистные сооружения рассматривают как часть общей инженерной инфраструктуры предприятия, а не как отдельно стоящее вспомогательное оборудование.

Как изменяются основные показатели качества сточных вод после очистки

Какие загрязнения удаляют очистные сооружения

Сточная вода представляет собой многокомпонентную среду. Часть загрязнений находится в виде крупных включений, часть — во взвешенном или коллоидном состоянии, а часть полностью растворена в воде.

Условно основные загрязнения можно разделить на несколько групп.

Механические загрязнения

К ним относятся крупный мусор, песок, частицы грунта, окалина, волокнистые включения, остатки сырья и другие нерастворимые примеси.

Механические загрязнения могут повреждать насосы, засорять трубопроводы, накапливаться в резервуарах и снижать эффективность последующих стадий очистки. Поэтому их удаляют в первую очередь.

Органические загрязнения

Органические вещества характерны для хозяйственно-бытовых стоков, пищевых производств, животноводческих комплексов, мясоперерабатывающих предприятий и ряда других объектов.

Для оценки количества органических загрязнений обычно используют показатели биохимического и химического потребления кислорода. Чем выше нагрузка по органике, тем больше кислорода требуется для ее окисления и тем выше нагрузка на биологическую ступень очистки.

Нефтепродукты и жиры

Нефтепродукты могут поступать со стоками автотранспортных предприятий, нефтебаз, промышленных площадок, АЗС и складских комплексов. Жиры характерны для предприятий пищевой промышленности и общественного питания.

Эти загрязнения образуют пленку на поверхности воды, нарушают кислородный обмен, загрязняют оборудование и могут подавлять биологические процессы. Для их удаления применяют отстаивание, флотацию, нефтеловушки, жироуловители, сорбцию и другие методы.

Соединения азота и фосфора

Азот и фосфор поступают преимущественно с бытовыми и некоторыми производственными стоками. Их избыток способствует интенсивному развитию водорослей и эвтрофикации водоемов.

Для удаления соединений азота используют процессы нитрификации и денитрификации. Снижение содержания фосфора может осуществляться биологическим или реагентным способом.

Химические и специфические загрязнения

Промышленные сточные воды могут содержать кислоты, щелочи, соли, тяжелые металлы, фенолы, поверхностно-активные вещества, красители, растворители и другие компоненты.

Такие стоки требуют отдельного анализа. Некоторые вещества токсичны для активного ила, поэтому их нельзя без предварительной обработки направлять непосредственно на биологическую очистку.

Именно состав загрязнений, а не только расход воды, определяет будущую технологическую схему очистных сооружений.

Как работают очистные сооружения

Принцип работы очистных сооружений основан на последовательном удалении загрязнений. Сначала из воды извлекают наиболее крупные и легкоотделяемые примеси, затем удаляют растворенную органику и специфические загрязнения, после чего выполняют доочистку и обеззараживание.

В общем виде путь сточной воды выглядит следующим образом:

прием стоков → механическая очистка → усреднение состава и расхода → физико-химическая или биологическая очистка → отделение осадка → доочистка → обеззараживание → сброс или повторное использование воды.

Количество этапов зависит от типа объекта. На одних очистных сооружениях достаточно механической и биологической обработки. На других требуется нейтрализация, флотация, реагентная обработка, сорбция, мембранная фильтрация или несколько ступеней удаления азота и фосфора.

Прием сточных вод

На первой стадии стоки поступают в приемную камеру или резервуар. Здесь формируется поток, который далее направляется на технологическую линию.

При неравномерном поступлении воды предусматривают усреднение. Оно позволяет сгладить колебания расхода и концентраций загрязняющих веществ. Это особенно важно для промышленных предприятий, где состав стоков может меняться в зависимости от смены, выпускаемой продукции, мойки оборудования или залповых поступлений.

Предварительная и механическая очистка

На механической стадии задерживаются крупные и тяжелые примеси.

Для этого могут применяться:

• решетки и сита;
• дробилки отходов;
• песколовки;
• жироуловители;
• нефтеловушки;
• первичные отстойники;
• фильтры механической очистки.

Решетки защищают насосное и технологическое оборудование от крупных включений. Песколовки удаляют минеральные частицы, которые могут накапливаться в резервуарах и вызывать абразивный износ оборудования. В отстойниках из воды выделяются взвешенные вещества, способные осаждаться под действием силы тяжести.

Механическая стадия не обеспечивает полной очистки, но существенно снижает нагрузку на последующее оборудование.

Основная технологическая очистка

После удаления грубых примесей вода поступает на основную ступень обработки. В зависимости от состава стоков это может быть биологическая, физико-химическая, химическая или комбинированная очистка.

При биологическом способе органические загрязнения перерабатываются микроорганизмами. Для поддержания процесса в сооружения подается воздух или создаются специальные бескислородные зоны.

При физико-химической очистке загрязнения отделяются с помощью коагуляции, флокуляции, флотации, сорбции, фильтрации и других процессов.

Для сложных промышленных стоков методы часто объединяют. Например, перед биологической ступенью могут выполняться нейтрализация и реагентная обработка, а после нее — фильтрация или сорбционная доочистка.

Технологическая схема очистных сооружений

Условные обозначения: 1. Установка нейтрализации 2. Приемная камера 3. Флотатор трехступенчатый 4. Сгуститель флотошлама 5. Жиросборник 6. Насос импеллерный 7. Фильтр обезвоживания 8. Установка дегельминтизации 9. Пластиковый контейнер 10. Распределительная камера 11. Блок биологической очистки 12. Блок илоуплотнителя 13. Воздуходувка 14. Смеситель 15. Блок доочистки 16. УФ-обеззараживатель 17. Установка технического водоснабжения 18. Установка промывки 19. Реагентная установка

Отделение и обработка осадка

В процессе очистки загрязнения не исчезают бесследно. Значительная их часть переходит в осадок, избыточный активный ил, флотошлам или концентрат.

Поэтому очистные сооружения должны включать не только линию обработки воды, но и систему обращения с осадком.

В зависимости от технологии могут выполняться:

• накопление;
• уплотнение;
• стабилизация;
• обезвоживание;
• временное хранение;
• подготовка осадка к вывозу или дальнейшей утилизации.

Если система обработки осадка не предусмотрена или рассчитана неверно, эксплуатация всего комплекса становится нестабильной.

Доочистка и обеззараживание

После основной технологической ступени в воде могут сохраняться остаточные взвешенные вещества, растворенные соединения и микроорганизмы.

Для достижения требуемых показателей применяют:

• фильтры различной конструкции;
• сорбционные загрузки;
• мембранные установки;
• реагентную обработку;
• ультрафиолетовое обеззараживание;
• другие технологии глубокой очистки.

Выбор способа зависит от того, куда будет направлена вода после обработки: в водный объект, централизованную систему водоотведения или обратно в производственный цикл.

Из чего состоят очистные сооружения

Очистные сооружения — это не одна установка, а комплекс взаимосвязанных технологических и вспомогательных элементов.

В состав системы могут входить:

Элемент очистных сооружений	Назначение
Канализационная насосная станция	Перекачивание сточных вод на очистку
Приемная камера	Прием и распределение потока
Решетки и сита	Задержание крупного мусора
Песколовка	Удаление песка и тяжелых минеральных частиц
Усреднитель	Выравнивание расхода и состава стоков
Первичный отстойник	Осаждение взвешенных веществ
Флотатор	Удаление жиров, нефтепродуктов и мелкодисперсных примесей
Биореактор или аэротенк	Биологическое окисление загрязнений
Вторичный отстойник	Отделение активного ила от воды
Блок доочистки	Снижение остаточных концентраций загрязнений
Установка обеззараживания	Снижение микробиологических показателей
Узел обработки осадка	Уплотнение и обезвоживание осадка
Система автоматизации	Контроль и управление технологическим процессом

Не все перечисленные элементы обязательно присутствуют на каждом объекте. Состав комплекса определяется проектом.

Например, для хозяйственно-бытовых стоков основной может быть биологическая технология. Для загрязненных поверхностных вод — пескоулавливание, отделение нефтепродуктов и сорбционная доочистка. Для сложных промышленных стоков может потребоваться отдельная физико-химическая линия.

 

От чего зависит схема очистных сооружений

Две станции одинаковой производительности могут иметь совершенно разное устройство. Причина заключается в том, что расход воды — лишь один из исходных параметров.

При выборе технологической схемы учитывают:

• происхождение сточных вод;
• средний и максимальный расход;
• неравномерность поступления стоков;
• концентрацию загрязнений;
• наличие токсичных и трудноокисляемых компонентов;
• требуемое качество очищенной воды;
• место последующего отведения;
• температурный режим;
• доступную площадь;
• существующую инженерную инфраструктуру;
• возможность увеличения производительности;
• требования к автоматизации;
• объем и свойства образующегося осадка.

Поэтому подбор очистных сооружений только по количеству кубометров в сутки является недостаточным. Для разработки надежной системы необходимы исходные данные, анализ сточных вод и технологический расчет.

Главный принцип проектирования очистных сооружений заключается в том, что оборудование подбирается под состав и режим поступления стоков, а не стоки под заранее выбранную установку.

Какие бывают очистные сооружения

Очистные сооружения классифицируют по нескольким признакам: происхождению сточных вод, назначению, производительности, способу размещения и применяемой технологии. Такая классификация важна не только для теории. Она помогает определить, какие процессы и оборудование потребуются для конкретного объекта.

Например, для бытовых стоков основным процессом обычно становится биологическая очистка. Для поверхностного стока важны удаление песка и нефтепродуктов. Производственные воды могут потребовать нейтрализации, флотации, реагентной обработки, сорбции или мембранного разделения.

Поэтому ответ на вопрос, какие бывают очистные сооружения, всегда начинается с определения происхождения и состава сточных вод.

Классификация очистных сооружений по типу сточных вод

По происхождению стоков выделяют:

• хозяйственно-бытовые;
• производственные;
• поверхностные, или ливневые;
• смешанные сточные воды.

Для каждой группы характерны свои загрязнения, режим поступления и требования к технологической схеме.

Хозяйственно-бытовые очистные сооружения

Хозяйственно-бытовые очистные сооружения предназначены для обработки стоков, образующихся в жилых зданиях, административных объектах, гостиницах, социальных учреждениях, коттеджных поселках и на предприятиях в результате бытовой деятельности сотрудников.

В такие стоки поступают:

• органические загрязнения;
• взвешенные вещества;
• соединения азота и фосфора;
• остатки моющих средств;
• жиры;
• микроорганизмы.

Состав бытовых стоков обычно более предсказуем, чем состав производственных вод. Однако их расход может значительно меняться в течение суток. Утром и вечером нагрузка возрастает, ночью снижается. Для сезонных объектов — баз отдыха, гостиниц, туристических комплексов — характерны длительные периоды малой нагрузки и резкое увеличение притока в определенные месяцы.

Основным методом обработки хозяйственно-бытовых стоков является биологическая очистка. Органические загрязнения перерабатываются сообществом микроорганизмов, после чего активный ил отделяется от воды. При необходимости выполняются удаление соединений азота и фосфора, фильтрация и обеззараживание.

Типовая схема может включать:

• механическое задержание крупных примесей;
• усреднение поступающего потока;
• биологическую очистку;
• отделение активного ила;
• доочистку;
• ультрафиолетовое обеззараживание;
• обработку образующегося осадка.

При проектировании важно учитывать не только расчетное количество пользователей. Значение имеют режим водопотребления, наличие кухни, прачечной, медицинского блока, душевых, производственных помещений и других источников дополнительной нагрузки.

Производственные очистные сооружения

Производственные очистные сооружения предназначены для очистки стоков, возникающих в ходе технологических процессов, мойки оборудования и помещений, подготовки сырья, охлаждения, транспортировки продукции и других операций.

Промышленные сточные воды отличаются большим разнообразием состава. На разных предприятиях в них могут содержаться:

• нефтепродукты;
• масла и эмульсии;
• жиры;
• соли;
• кислоты и щелочи;
• соединения тяжелых металлов;
• красители;
• фенолы;
• поверхностно-активные вещества;
• высокие концентрации органических загрязнений;
• минеральные взвеси;
• специфические компоненты производства.

Поэтому производственные очистные сооружения нельзя корректно подобрать только по отрасли или производительности. Даже два предприятия одинакового профиля могут иметь разные технологии, сырье, моющие средства и режимы работы.

Проектирование начинается со сбора исходных данных, для этого необходимо определить:

• источники образования стоков;
• расход по каждому источнику;
• суточную и часовую неравномерность;
• состав загрязнений;
• температуру и водородный показатель;
• наличие залповых сбросов;
• требования к качеству воды после очистки;
• возможность разделения потоков.

Раздельное отведение разных видов производственных стоков нередко позволяет упростить технологию и снизить затраты. Например, концентрированный поток можно направить на локальную предварительную обработку, а менее загрязненную воду — на общую систему очистки.

Особенности очистки стоков разных отраслей

На предприятиях пищевой промышленности часто требуется удаление жиров, взвешенных веществ и высоких концентраций органики. Для этого могут использоваться жироуловители, флотационные установки, реагентная обработка и биологическая очистка.

На машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях в стоках могут присутствовать масла, эмульсии, металлы, кислоты и щелочи. Технологическая схема может включать разделение эмульсий, нейтрализацию, осаждение металлов и фильтрацию.

Для нефтебаз, транспортных предприятий и объектов нефтепродуктообеспечения актуальны нефтеловушки, тонкослойное отстаивание, флотация, коалесцентные и сорбционные фильтры.

На химических предприятиях состав стоков может значительно изменяться в зависимости от выпускаемого продукта. Здесь особенно важны локальные системы, автоматический контроль параметров и защита последующих стадий от токсичных поступлений.

На животноводческих и сельскохозяйственных объектах характерны высокая органическая нагрузка, взвешенные вещества, соединения азота и специфические запахи. Для таких стоков могут потребоваться механическое разделение, анаэробные или аэробные процессы, удаление биогенных элементов и обработка осадка.

Ливневые очистные сооружения

Ливневые очистные сооружения предназначены для очистки дождевых, талых и поливомоечных вод, собираемых с территории объекта системой поверхностного водоотведения.

Атмосферные осадки считаются относительно чистыми только до момента контакта с поверхностью. Смывая загрязнения с автомобильных дорог, парковок, кровель, складских и производственных площадок, вода может насыщаться песком, грунтом, нефтепродуктами, частицами резины, металлами и мусором.

В состав поверхностного стока могут входить:

• минеральные взвешенные вещества;
• песок;
• нефтепродукты;
• масла;
• органические примеси;
• противогололедные реагенты;
• частицы износа шин и дорожного покрытия;
• загрязнения, характерные для конкретной территории.

Особенность ливневых стоков заключается в их неравномерном поступлении. В сухой период расход может отсутствовать, а во время интенсивного дождя за короткое время поступает большой объем воды.

Чтобы очистные сооружения не пришлось рассчитывать на весь пиковый расход, в системе могут предусматриваться аккумулирующие и разделительные резервуары. Они позволяют принять наиболее загрязненную часть поверхностного стока и равномерно подать ее на обработку.

Типовая схема ливневых очистных сооружений может включать:

• распределительный колодец;
• пескоуловитель;
• тонкослойный отстойник;
• нефтеловушку;
• коалесцентный модуль;
• сорбционный фильтр;
• контрольный колодец;
• резервуар для накопления осадка.

Состав оборудования зависит от площади водосбора, типа покрытия, интенсивности осадков, назначения территории и требований к качеству очищенной воды.

Ливневые очистные сооружения применяются на:

• промышленных предприятиях;
• автомобильных дорогах;
• парковках;
• АЗС;
• нефтебазах;
• логистических терминалах;
• складских комплексах;
• торговых центрах;
• аэропортах;
• железнодорожных объектах.

Смешанные сточные воды

На многих объектах образуются одновременно бытовые, производственные и поверхностные стоки. Однако наличие нескольких видов воды не означает, что их обязательно нужно смешивать до очистки.

Совместная обработка возможна только после оценки совместимости потоков. Производственные воды могут содержать вещества, подавляющие биологические процессы, вызывать резкие изменения кислотности или увеличивать нагрузку на оборудование.

Поэтому при разработке схемы рассматривают несколько вариантов:

• полное разделение потоков;
• локальная предварительная очистка производственных стоков;
• совместная обработка после усреднения;
• раздельная очистка с объединением воды на стадии доочистки;
• использование части очищенной воды в оборотном цикле.

Разделение стоков часто позволяет направить каждый поток на технологию, наиболее подходящую для его состава. Это повышает устойчивость очистных сооружений и может снизить расходы на реагенты и электроэнергию.

Особенности очистки стоков разных отраслей

Виды очистных сооружений по масштабу и назначению

По масштабу обслуживаемого объекта различают централизованные, локальные и индивидуальные очистные сооружения.

Централизованные очистные сооружения

Централизованные очистные сооружения принимают сточные воды от населенного пункта, городского района, промышленного узла или нескольких предприятий.

Это крупные комплексы, в состав которых могут входить:

• главные канализационные насосные станции;
• сооружения механической очистки;
• первичные отстойники;
• аэротенки;
• вторичные отстойники;
• блоки удаления азота и фосфора;
• сооружения доочистки;
• обеззараживание;
• цеха обработки осадка;
• лаборатории;
• системы диспетчеризации.

Для централизованных объектов характерны высокая производительность, протяженные коммуникации и непрерывный режим работы. Их реконструкция часто выполняется поэтапно, поскольку полностью остановить прием стоков невозможно.

Локальные очистные сооружения

Локальные очистные сооружения, или ЛОС, обслуживают отдельное предприятие, здание, жилой комплекс, поселок или ограниченную территорию.

Термин «ЛОС» применяется к различным по назначению системам.

Это могут быть:

• станции биологической очистки бытовых стоков;
• локальные установки для производственных вод;
• очистные сооружения поверхностного стока;
• комплексы предварительной очистки перед сбросом в городскую канализацию.

Главная особенность ЛОС заключается в том, что они размещаются непосредственно возле источника образования стоков. Это позволяет учитывать конкретный состав загрязнений и контролировать качество воды до ее отведения.

Локальные очистные сооружения могут быть как компактными модульными установками, так и крупными комплексами высокой производительности.

Индивидуальные очистные сооружения

Индивидуальные системы предназначены для одного дома, небольшого здания или объекта с малым расходом воды.

К ним могут относиться септики, установки биологической очистки и фильтрующие сооружения. Их нельзя автоматически приравнивать к промышленным или коммунальным ЛОС, поскольку они рассчитаны на небольшую и сравнительно стабильную бытовую нагрузку.

Выбор индивидуальной системы зависит от количества пользователей, режима проживания, грунтовых условий, уровня подземных вод и возможного способа отвода очищенной воды.

Классификация по конструктивному исполнению

По способу строительства и размещения выделяют капитальные, модульные, блочно-контейнерные, подземные и наземные очистные сооружения.

Капитальные очистные сооружения

Капитальные сооружения выполняются преимущественно из железобетона и рассчитаны на длительную эксплуатацию при значительных расходах воды.

К ним относятся крупные отстойники, аэротенки, резервуары, усреднители и здания технологического назначения.

Преимуществами капитального исполнения являются:

• возможность работы с большими объемами воды;
• высокая конструктивная прочность;
• адаптация к сложной технологической схеме;
• длительный срок эксплуатации.

К недостаткам относятся продолжительное строительство, значительный объем земляных и бетонных работ и сложность последующего изменения конфигурации.

Капитальные сооружения часто применяются на городских объектах и крупных промышленных предприятиях.

Модульные очистные сооружения

Модульные очистные сооружения собираются из отдельных технологических блоков заводской готовности. Модули доставляют на объект, монтируют, подключают к коммуникациям и объединяют в единую систему.

Такое исполнение позволяет:

• сократить сроки строительства;
• уменьшить объем работ на площадке;
• поэтапно увеличивать производительность;
• заранее проверить оборудование на производстве;
• упростить замену или добавление отдельных блоков.

Модульный принцип подходит для бытовых, производственных и ливневых стоков. Однако степень заводской готовности не отменяет необходимости технологического расчета. Комплект оборудования все равно должен соответствовать фактическому составу и расходу воды.

Блочно-контейнерные очистные сооружения

Блочно-контейнерные системы размещаются в утепленных технологических контейнерах или зданиях модульного типа.

Внутри могут находиться:

• насосы;
• флотаторы;
• установки приготовления реагентов;
• фильтры;
• воздуходувное оборудование;
• системы обезвоживания осадка;
• шкафы автоматизации.

Такое решение защищает оборудование от атмосферных воздействий и облегчает эксплуатацию в регионах с низкими температурами.

При этом резервуары могут располагаться отдельно — под землей, на поверхности или в капитальном исполнении.

Подземные очистные сооружения

Подземное размещение применяют при ограниченной площади, требованиях к внешнему виду территории или необходимости защитить воду от замерзания.

Под землей могут располагаться:

• приемные резервуары;
• пескоуловители;
• нефтеловушки;
• биореакторы;
• накопительные емкости;
• станции перекачки.

При выборе такого исполнения необходимо обеспечить доступ для обслуживания, вентиляцию, возможность удаления осадка и безопасное извлечение оборудования.

Наземные очистные сооружения

Наземное размещение упрощает визуальный контроль и обслуживание оборудования. Емкости могут быть изготовлены из стали, стеклопластика, полимерных материалов или железобетона.

Для круглогодичной эксплуатации требуется учитывать климатические условия, теплоизоляцию и возможность размещения технологического оборудования в отапливаемом помещении.

Проточные и накопительные системы

По режиму движения воды очистные сооружения могут быть проточными или накопительными.

В проточных системах вода последовательно проходит технологические стадии без длительного хранения. Они подходят для объектов с относительно стабильным притоком.

Накопительные системы предусматривают прием воды в резервуар и ее последующую обработку регулируемыми порциями. Такой подход используется при неравномерном поступлении, залповых сбросах или периодической работе предприятия.

На практике часто применяется комбинированная схема: вода сначала поступает в усреднитель, а затем с постоянным расходом подается на очистку.

Как определить подходящий тип очистных сооружений

Выбор между локальной или централизованной, капитальной или модульной, подземной или наземной системой нельзя делать только по стоимости оборудования.

Необходимо учитывать:

• тип и состав сточных вод;
• расчетную производительность;
• суточную и часовую неравномерность;
• наличие свободной площади;
• климатические условия;
• требования к размещению;
• способ отвода очищенной воды;
• необходимость расширения;
• уровень автоматизации;
• доступность персонала;
• условия строительства;
• эксплуатационные расходы.

Например, компактная модульная система может быть удобна для быстрого запуска предприятия. Но при большом расходе и сложной технологии капитальный комплекс может оказаться более рациональным.

И наоборот, строительство крупного железобетонного объекта не всегда оправдано, если нагрузка невелика или предприятие планирует поэтапное развитие.

Поэтому тип очистных сооружений определяют после сравнения нескольких технических решений. Оценивается не только стоимость строительства, но и затраты на электроэнергию, реагенты, обслуживание, замену расходных материалов и обращение с осадком.

Оптимальными считаются не самые компактные и не самые дешевые очистные сооружения, а те, которые стабильно обеспечивают требуемый результат при прогнозируемых условиях эксплуатации.

Проектирование очистных сооружений

Проектирование очистных сооружений начинается не с выбора емкости, аэротенка, флотатора или готовой модульной установки. Первым этапом становится изучение объекта, источников образования сточных вод и требований к результату очистки.

Одинаковая производительность не означает одинаковую технологическую схему. Два предприятия могут образовывать по 100 м³ сточных вод в сутки, но состав этих стоков, режим поступления и необходимая глубина очистки будут различаться.

Например, бытовые стоки административного здания содержат преимущественно органические загрязнения и соединения азота. В производственных водах металлообрабатывающего предприятия могут находиться эмульсии, нефтепродукты и металлы. Для пищевого производства характерны жиры, взвешенные вещества и высокая органическая нагрузка.

Следовательно, очистные сооружения для этих объектов должны отличаться.

Какие исходные данные нужны для проектирования

До разработки технологической схемы собирают исходные данные об объекте и системе водоотведения.

К основным сведениям относятся:

• назначение предприятия или другого объекта;
• источники образования сточных вод;
• расход стоков по каждому источнику;
• среднесуточный, максимальный суточный и максимальный часовой расход;
• режим работы предприятия;
• количество смен;
• сезонные и суточные колебания нагрузки;
• состав и концентрация загрязнений;
• температура сточных вод;
• уровень pH;
• наличие залповых сбросов;
• требования к качеству очищенной воды;
• предполагаемое место отведения;
• данные об участке строительства;
• наличие существующих сетей и сооружений;
• возможность последующего расширения объекта.

Для производственных стоков необходимо определить не только средние показатели, но и возможные изменения состава воды в течение смены, недели или производственного цикла.

Если предприятие выпускает несколько видов продукции, использует периодическую мойку оборудования или имеет разные технологические линии, разовая проба может не отражать реальную нагрузку.

Поэтому программа исследования стоков должна учитывать фактический режим производства.

Зачем нужен анализ сточных вод

Лабораторный анализ позволяет определить, какие загрязнения содержатся в воде и в каких концентрациях.

В зависимости от объекта могут исследоваться:

• взвешенные вещества;
• биохимическое потребление кислорода;
• химическое потребление кислорода;
• аммонийный азот;
• нитриты и нитраты;
• фосфаты;
• нефтепродукты;
• жиры;
• поверхностно-активные вещества;
• металлы;
• соли;
• хлориды;
• сульфаты;
• фенолы;
• специфические компоненты производства;
• микробиологические показатели.
• Перечень анализируемых веществ определяют индивидуально. Нет необходимости исследовать воду на все известные показатели, если они не связаны с деятельностью предприятия. Одновременно нельзя ограничиваться стандартным кратким перечнем, если в производстве используются специфические реагенты или сырье.

Ошибки на этапе исходных данных переходят в технологический расчет. Если фактическая концентрация загрязнений окажется выше принятой в проекте, оборудование может не справиться с нагрузкой. Если показатели будут существенно завышены, предприятие получит избыточно сложную и дорогую систему.

Определение производительности очистных сооружений

Производительность очистных сооружений обычно указывается в кубических метрах в сутки или в час.

Однако одного среднесуточного расхода для расчета недостаточно. Необходимо учитывать максимальные притоки и неравномерность поступления воды.

Например, предприятие может образовывать 100 м³ стоков в сутки, но большая их часть поступает в течение одной рабочей смены. В таком случае сооружения должны либо принимать повышенный часовой расход, либо включать усреднительный резервуар, из которого вода будет подаваться на очистку равномерно.

Для ливневых сооружений дополнительно учитывают:

• площадь водосбора;
• тип поверхности;
• коэффициент стока;
• интенсивность осадков;
• продолжительность расчетного дождя;
• объем наиболее загрязненной части поверхностного стока.

Для хозяйственно-бытовых объектов оценивают количество пользователей, режим проживания или работы, наличие душевых, кухни, прачечной и других источников водоотведения.

Производительность должна обеспечивать прием расчетного объема стоков, но чрезмерный запас также не всегда полезен. Биологические системы, рассчитанные на значительно большую нагрузку, могут нестабильно работать при постоянном недопоступлении органических веществ.

Поэтому запас производительности должен быть обоснован перспективой развития объекта, а не назначен произвольно.

Разработка технологической схемы

После изучения исходных данных разрабатывается технологическая схема очистки.

Она должна отвечать на несколько основных вопросов:

• Какие загрязнения необходимо удалить?
• В какой последовательности их следует удалять?
• Какие процессы обеспечат требуемое качество воды?
• Как защитить оборудование от перегрузок и залповых поступлений?
• Как будет обрабатываться образующийся осадок?
• Что произойдет при изменении расхода или состава стоков?
• Как контролировать работу системы?

При разработке схемы сравнивают несколько вариантов. Оцениваются капитальные затраты, энергопотребление, расход реагентов, объем осадка, сложность обслуживания, занимаемая площадь и возможность автоматизации.

Наиболее сложная технология не всегда является лучшей. Избыточное количество ступеней увеличивает стоимость, количество оборудования и требования к персоналу.

Одновременно чрезмерное упрощение может привести к тому, что очистные сооружения будут обеспечивать нормативные показатели только при идеальных условиях.

Оптимальная технологическая схема должна быть не только эффективной по расчету, но и устойчивой в реальной эксплуатации.

Нормативные требования к очистным сооружениям

При проектировании учитывают назначение объекта, способ отведения очищенной воды, градостроительные, санитарные, экологические и технические требования.

Одним из основных профильных документов является СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения», распространяющийся на проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения, наружных сетей и сооружений. Документ действует с учетом внесенных изменений. Для подготовки основных технических решений при строительстве и реконструкции канализационных очистных сооружений также применяется ГОСТ Р 70953-2023.

При этом перечень применимых требований зависит от конкретного объекта. Для предприятия, сбрасывающего очищенную воду в централизованную канализацию, и объекта, осуществляющего отведение в водный объект, условия будут различаться.

Поэтому формулировка «очистить до норм» сама по себе недостаточна. До начала проектирования необходимо определить конкретные показатели качества воды и документ, которым они установлены для рассматриваемого способа отведения.

Основные разделы проекта

В зависимости от вида объекта проектная и рабочая документация может включать:

• общую пояснительную записку;
• технологические решения;
• генеральный план;
• архитектурные и конструктивные решения;
• наружные сети;
• внутренние инженерные системы;
• электроснабжение;
• автоматизацию;
• отопление и вентиляцию;
• мероприятия по охране окружающей среды;
• организацию строительства;
• сметную документацию;
• требования к пусконаладочным работам.
• В технологической части приводятся:
• расчетные расходы;
• характеристика исходных стоков;
• требования к очищенной воде;
• описание выбранной технологии;
• материальный баланс;
• расчет сооружений и оборудования;
• расход воздуха и реагентов;
• количество образующегося осадка;
• алгоритмы управления;
• перечень контролируемых параметров.

Проект должен рассматривать весь комплекс, включая подводящие и отводящие сети, насосные станции, вентиляцию, электроснабжение и вспомогательные помещения.

Строительство очистных сооружений

Строительство очистных сооружений включает не только монтаж технологического оборудования.

В зависимости от выбранного исполнения выполняются:

• подготовка строительной площадки;
• земляные работы;
• устройство оснований;
• строительство железобетонных резервуаров;
• монтаж стеклопластиковых, стальных или полимерных емкостей;
• прокладка трубопроводов;
• установка насосов и технологического оборудования;
• монтаж систем аэрации;
• устройство вентиляции;
• монтаж электроснабжения и автоматизации;
• благоустройство территории;
• гидравлические испытания;
• проверка герметичности.

На качество будущей работы влияют даже те элементы, которые не участвуют непосредственно в очистке воды.

Например, неправильно проложенный трубопровод может нарушить распределение потока. Недостаточная вентиляция приведет к накоплению влаги и агрессивных газов. Неудобное размещение оборудования затруднит его обслуживание и ремонт.

Поэтому строительная и технологическая части должны разрабатываться согласованно.

Почему важно учитывать эксплуатацию еще на стадии строительства

Очистные сооружения должны быть доступны для обслуживания.

Необходимо заранее предусмотреть:

• проходы и площадки;
• возможность демонтажа насосов и воздуходувок;
• подъемные устройства;
• точки промывки;
• безопасный доступ к резервуарам;
• площадки для подъезда специализированного транспорта;
• места хранения реагентов;
• систему сбора аварийных проливов;
• отопление технологических помещений;
• освещение;
• вентиляцию.

Если эти вопросы не решены в проекте, персоналу приходится обслуживать оборудование в неудобных и иногда небезопасных условиях.

Пусконаладка очистных сооружений

Даже правильно спроектированное и смонтированное оборудование не может быть просто включено и сразу выведено на расчетный режим.

Пусконаладочные работы — это комплекс мероприятий по проверке оборудования, настройке технологических процессов и выводу очистных сооружений на устойчивую работу.

Пусконаладка включает:

• проверку правильности монтажа;
• испытание резервуаров и трубопроводов;
• проверку вращения насосов и приводов;
• настройку датчиков;
• тестирование систем автоматизации;
• настройку подачи воздуха;
• подбор доз реагентов;
• отработку аварийных алгоритмов;
• запуск биологического процесса;
• контроль качества очищенной воды;
• обучение персонала.

Для биологических очистных сооружений выход на режим занимает определенное время. Микроорганизмы должны адаптироваться к составу стоков, сформировать необходимое количество активного ила или биопленки.

Слишком быстрый рост нагрузки, недостаток кислорода или поступление токсичных веществ в период запуска могут нарушить развитие биомассы.

Поэтому запуск выполняют постепенно с лабораторным и технологическим контролем.

Что проверяют во время пусконаладки

Специалисты контролируют:

• фактический расход воды;
• распределение потока;
• pH и температуру;
• концентрацию растворенного кислорода;
• расход воздуха;
• работу возвратного ила;
• осаждаемость активного ила;
• дозирование реагентов;
• уровень осадка;
• показатели очищенной воды;
• корректность автоматического управления.

По результатам настройки уточняются рабочие режимы и формируется технологический регламент эксплуатации.

Эксплуатация очистных сооружений

Стабильность очистки зависит не только от проекта и оборудования, но и от качества эксплуатации.

Даже современная автоматизированная станция требует регулярного контроля. Автоматика управляет процессами и фиксирует отклонения, но не заменяет техническое обслуживание, лабораторный анализ и работу технолога.

Эксплуатация включает:

• контроль технологических параметров;
• осмотр оборудования;
• удаление отбросов и песка;
• откачку осадка;
• обслуживание насосов;
• промывку фильтров;
• замену сорбционных загрузок;
• контроль запаса реагентов;
• обслуживание систем аэрации;
• проверку датчиков;
• анализ исходной и очищенной воды;
• ведение эксплуатационной документации.

Периодичность операций определяется типом оборудования, нагрузкой и регламентом производителя.

Какие параметры необходимо контролировать

На разных очистных сооружениях перечень показателей различается. Обычно контролируются:

• расход сточных вод;
• уровень в резервуарах;
• pH;
• температура;
• растворенный кислород;
• давление воздуха;
• расход реагентов;
• мутность;
• концентрация взвешенных веществ;
• состояние активного ила;
• качество очищенной воды;
• объем образующегося осадка.

Контроль позволяет заметить проблему до того, как она приведет к ухудшению результата.

Например, снижение растворенного кислорода может быть связано с неисправностью воздуходувки, загрязнением аэрационной системы или резким ростом органической нагрузки.

Увеличение выноса взвешенных веществ может указывать на перегрузку отстойника, ухудшение свойств активного ила или нарушение гидравлического режима.

Автоматизация очистных сооружений

Система автоматизации обеспечивает контроль оборудования и управление технологическими процессами.

В зависимости от уровня автоматизации она может выполнять:

• запуск и остановку насосов;
• чередование рабочего и резервного оборудования;
• регулирование подачи воздуха;
• дозирование реагентов;
• поддержание уровней;
• контроль аварийных сигналов;
• регистрацию параметров;
• передачу данных диспетчеру;
• формирование отчетов;
• удаленный контроль работы.

Автоматизация особенно важна для объектов без постоянного присутствия персонала и систем с изменяющейся нагрузкой.

Однако набор датчиков должен быть обоснован. Установка большого количества средств измерения не принесет пользы, если оборудование не обслуживается, датчики не калибруются, а персонал не реагирует на данные.

Реконструкция очистных сооружений

Реконструкция очистных сооружений — это комплекс работ, направленный на восстановление, повышение производительности или улучшение качества очистки существующего объекта.

Необходимость реконструкции возникает, когда сооружения перестают соответствовать фактической нагрузке или современным требованиям.

Когда требуется реконструкция очистных сооружений

Признак	Возможная причина	Что обычно требуется
Производительности станции не хватает	Рост объема сточных вод	Увеличение мощности, строительство дополнительных сооружений
Ухудшилось качество очистки	Изменение состава стоков	Корректировка технологической схемы
Частые аварии	Физический износ оборудования	Замена насосов, воздуходувок, трубопроводов
Высокое энергопотребление	Устаревшее оборудование	Установка современного энергоэффективного оборудования
Станция работает нестабильно	Ошибки технологического режима	Обследование и оптимизация процесса
Требуются более жесткие нормативы	Изменение законодательства	Доочистка, обеззараживание, автоматизация

Реконструкция не всегда означает полную замену станции. Иногда достаточно модернизировать отдельные технологические узлы.

Например, могут быть заменены решетки, системы аэрации, насосы, воздуходувки, фильтры или установки обезвоживания осадка. В других случаях требуется строительство дополнительных резервуаров и изменение всей технологической схемы.

Почему реконструкция начинается с обследования

Что проверяют	Зачем это необходимо
Строительные конструкции	Оценить возможность дальнейшей эксплуатации
Производительность	Определить фактическую нагрузку
Работу оборудования	Выявить узкие места технологической схемы
Качество очистки	Найти ступень, на которой возникают проблемы
Линию обработки осадка	Оценить ее соответствие текущей нагрузке
Автоматизацию	Проверить корректность управления технологическим процессом
Энергопотребление	Найти возможности для снижения эксплуатационных затрат

Реконструкция без полной остановки

Для действующих предприятий и коммунальных объектов важным условием становится сохранение приема стоков во время работ.

В таком случае реконструкция выполняется поэтапно:

• строится временная или новая технологическая линия;
• часть потока переводится на нее;
• существующее сооружение выводится из работы;
• выполняются ремонт и модернизация;
• линии вводятся в совместную эксплуатацию.

Последовательность определяется индивидуально. Еще на стадии проектирования необходимо учитывать временные переключения, байпасные линии и режим работы станции в переходный период.

Типичные проблемы очистных сооружений и способы их устранения

Проблема	Возможные причины	Возможные решения
Гидравлическая перегрузка	Рост расхода сточных вод, залповые сбросы	Увеличение объема усреднителя, строительство дополнительных линий
Залповые сбросы	Одновременное поступление больших объемов или высококонцентрированных стоков	Усреднение расхода, изменение производственного режима
Недостаток кислорода	Неисправность воздуходувок, загрязнение аэраторов, рост нагрузки	Настройка системы аэрации, модернизация воздуходувок
Вынос активного ила	Нарушение режима работы аэротенка, недостаток кислорода, токсичные вещества	Анализ технологического режима, корректировка возраста ила
Избыточное образование осадка	Высокая концентрация загрязнений, избыток реагентов	Оптимизация дозирования реагентов, модернизация линии обработки осадка
Засорение решеток и трубопроводов	Крупный мусор, волокнистые включения	Очистка, установка новых решеток
Загрязнение фильтров	Повышенное содержание взвешенных веществ	Промывка или модернизация фильтрации
Неисправность датчиков	Износ оборудования	Замена и повторная настройка системы автоматизации
Рост энергопотребления	Работа оборудования вне расчетного режима	Энергоаудит, модернизация оборудования

Типичные ошибки при выборе очистных сооружений

Выбор только по производительности

Формулировка «нужна станция на 50 м³ в сутки» не содержит достаточных данных для подбора оборудования.

Необходимо знать состав стоков, пиковый расход, требования к очищенной воде и режим работы.

Использование усредненных показателей без анализа

Справочные значения могут использоваться на предварительном этапе, но не должны заменять исследование производственных стоков.

Ошибка в исходных концентрациях приводит к ошибке во всей технологической схеме.

Смешивание несовместимых потоков

Объединение бытовых и производственных вод без анализа может нарушить биологическую очистку.

Иногда локальная обработка небольшого концентрированного потока оказывается эффективнее, чем усложнение всей станции.

Отсутствие резервирования

Если единственный насос или воздуходувка выходит из строя, технологический процесс может остановиться.

Для критически важного оборудования предусматривают рабочие и резервные агрегаты.

Недооценка линии осадка

Проект может обеспечивать хорошее качество воды, но создавать осадок, который негде накапливать, обезвоживать и хранить.

Это быстро превращается в эксплуатационную проблему.

Ориентация только на минимальную цену

Дешевое оборудование может потреблять больше электроэнергии, реагентов и времени персонала.

Поэтому сравнивать следует не только стоимость поставки, но и совокупные затраты за весь срок эксплуатации.

Отсутствие пусконаладки

Передача оборудования без настройки технологии не гарантирует результат.

Особенно критично это для биологических и реагентных систем, где рабочие параметры зависят от фактического состава воды.

От чего зависит стоимость очистных сооружений

Точную стоимость очистных сооружений невозможно определить только по производительности.

На цену влияют:

• тип сточных вод;
• концентрация загрязнений;
• требуемое качество очищенной воды;
• количество технологических ступеней;
• материал резервуаров;
• необходимость строительства здания;
• состав насосного оборудования;
• уровень автоматизации;
• климатическое исполнение;
• объем земляных работ;
• протяженность коммуникаций;
• необходимость обработки осадка;
• сложность пусконаладки;
• условия доставки и монтажа.

На предварительном этапе может быть рассчитана ориентировочная стоимость. Для точного предложения требуются исходные данные и разработка технического решения.

Капитальные и эксплуатационные затраты

При сравнении вариантов необходимо разделять:

• капитальные затраты;
• эксплуатационные расходы.

К капитальным затратам относятся проектирование, оборудование, строительство, монтаж и пусконаладка.

Эксплуатационные расходы включают:

• электроэнергию;
• реагенты;
• замену фильтрующих материалов;
• обслуживание оборудования;
• лабораторный контроль;
• вывоз осадка;
• труд персонала.

Иногда более дорогое оборудование окупается за счет меньшего энергопотребления и расхода реагентов. В других случаях сложная технология не оправдывает себя, поскольку требует квалифицированного постоянного обслуживания.

Как выбрать производителя и подрядчика

Очистные сооружения объединяют технологию, строительство, оборудование, электроснабжение, автоматизацию и последующую эксплуатацию. Поэтому при выборе подрядчика важно оценивать не только наличие готовых установок.

Следует обратить внимание:

• выполняет ли компания анализ исходных данных;
• есть ли в штате технологи и проектировщики;
• разрабатывается ли индивидуальная технологическая схема;
• выполняются ли проектирование и конструирование;
• производит ли компания основное оборудование;
• может ли выполнить строительно-монтажные работы;
• проводит ли пусконаладку;
• обучает ли персонал;
• обеспечивает ли сервисное обслуживание;
• есть ли опыт реализации сопоставимых объектов;
• предоставляет ли техническую документацию;
• берет ли ответственность за итоговую работоспособность комплекса.

Преимущество предприятия полного цикла заключается в единой ответственности за результат. Когда проектирование, изготовление оборудования, строительство и запуск выполняют разные организации, причины возникших проблем могут перекладываться между участниками.

Комплексный подход НПО «Агростройсервис»

НПО «Агростройсервис» выполняет комплекс работ по созданию и реконструкции очистных сооружений для коммунальных и промышленных объектов.

В структуре предприятия работают:

• проектно-конструкторский отдел;
• штат технологов;
• собственное производство оборудования;
• строительно-монтажное управление;
• специалисты по автоматизации;
• пусконаладочная служба;
• сервисное подразделение.

Такой подход позволяет реализовать объект от обследования и разработки технологии до изготовления оборудования, строительства, запуска и последующего обслуживания.

Работа начинается со сбора исходных данных и анализа задачи. После этого разрабатывается техническое решение, подбирается оборудование и определяется состав работ.

Это особенно важно для промышленных очистных сооружений, где типовые решения не всегда соответствуют фактическому составу стоков.

Главное об очистных сооружениях

Очистные сооружения — это сложный инженерный комплекс, эффективность которого зависит от соответствия технологии фактическим условиям объекта.

Надежная система должна учитывать:

• происхождение и состав сточных вод;
• неравномерность поступления;
• требования к очищенной воде;
• возможные изменения нагрузки;
• работу с образующимся осадком;
• удобство обслуживания;
• энергопотребление;
• возможность реконструкции и расширения.

Правильно спроектированные очистные сооружения не просто удаляют загрязнения. Они обеспечивают устойчивую работу предприятия, снижают воздействие на окружающую среду и позволяют контролировать весь процесс водоотведения.

Именно поэтому создание очистных сооружений требует комплексного подхода: от анализа стоков и технологического расчета до изготовления оборудования, строительства, пусконаладки и сервисного обслуживания.

Статья отвечает на вопросы

Что такое очистные сооружения?

Какие бывают очистные сооружения?

Как работают очистные сооружения?

Из чего состоят очистные сооружения?

Какие методы очистки сточных вод существуют?

Чем отличаются бытовые и производственные очистные сооружения?

Что входит в состав локальных очистных сооружений?

Как выбрать очистные сооружения для предприятия?

От чего зависит стоимость очистных сооружений?

Когда необходима реконструкция очистных сооружений?