CC BY
204
ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 628.316.12-628.32
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОМПАКТНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
М.Г. Бурдова, Н.В. Рыков
Проанализирована эффективность компактных очистных сооружении, обусловленная особенностями применяемых технологий. Рассмотрена возможность очистки бытовых сточных вод физико-химическим способом.
Ключевые слова: компактные, локальные очистные сооружения, физико-химическая очистка.
Проблема очистки сточных вод малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов является весьма актуальной в настоящее время. При решении проблемы очистки и обеззараживания сточных вод малых населенных пунктов применяются [1] индивидуальные системы водоснабжения, характерные для фермерских хозяйств, мелких населенных пунктов с одно-, двухэтажными домами и предприятий, отдельно стоящих коттеджей, которые питаются водозаборными скважинами или колодцами, оборудованными насосами. Количество сточных вод в этом случае мало и их очистка происходит на очистных сооружениях-септиках, поглощающих колодцах, траншеях, биопрудах и т.п. Локальные системы предусматривают централизованное водо-отведение всего населенного пункта или ряда расположенных близко друг к другу объектов.
Немаловажным вопросом при создании локальных очистных сооружений являются нормативные требования к очищенной воде. Существуют две группы нормативных документов, регламентирующих требования к очистным сооружениям. К первой группе относятся строительные нормы - СНиПы. Они определяют, как следует проектировать и строить очистные сооружения. Ко второй группе принадлежат документы, содержащие санитарно-гигиенические нормы и
_Промышленная безопасность_
требования к водоотведению - СанПиНы. По ним осуществляется контроль.
Основной документ, которым руководствуются при строительстве очистных сооружений, СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения». В частности, он устанавливает очень важный параметр -размер санитарно-защитной зоны, то есть минимально допустимое расстояние от очистных сооружений до жилой застройки. В своей основе этот СНиП не пересматривался с 1985 года. Как известно, в СССР не было локальных очистных сооружений малой производительности, рассчитанных на индивидуальных пользователей, кроме выгребных ям, поэтому минимальный объем стоков, рассматриваемый в этом документе, составляет 200 м /сут. Поэтому в действующих нормах имеется «белое пятно» как раз для локальных очистных сооружений малой производительности.
Другой основополагающий документ федерального значения -СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий». В нем, помимо методик расчета и правил строительства сетей канализации внутри зданий, даны нормы расхода воды для различных потребителей.
Наряду с этим, следует отметить, что в отдельных регионах существуют свои методические рекомендации по порядку водопользования и водоотведения. Так, в Московской области это территориально-строительные нормы систем водоснабжения и водоотведения районов жилой малоэтажной застройки Московской области ТСН ВиВ-97 МО, ТСН 40301-97. Этот документ несколько более современен, чем указанные СНиПы, и содержит более детальную информацию по локальным очистным сооружениям малой производительности, например, «Интенсивное развитие в Подмосковье коттеджного строительства, фермерских и мелких подсобных хозяйств, поселков малоэтажной жилой застройки, не имеющих очистных сооружений, оказывает негативное влияние на состояние грунтовых вод и поверхностных водоемов. Это связано со спецификой водопользования индивидуальных жилых домов, когда водозаборное сооружение системы водоснабжения находится в непосредственной близости от системы водоотведения. Такого рода использование водных объектов противоречит ст. 133 и ст. 144 Водного кодекса Российской Федерации и СанПиН 2.1.4.1110-02 в части создания надежных зон санитарной охраны водозаборных сооружений и запрещения сброса сточных вод в водные объекты в пределах зоны и округа санитарной охраны.
Настоящие территориальные строительные нормы устанавливают общий порядок проектирования, строительства и реконструкции систем хозяйственно-питьевого водоснабжения и бытового водоотведения в районах малоэтажной жилой застройки Московской области, производства и монтажа установок очистки питьевых и сточных вод. К объектам
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3_
малоэтажной жилой застройки относятся: индивидуальные дома и фермы, личные подсобные хозяйства, отдельно стоящие 3-4-этажные дома, группы коттеджей, поселки с числом жителей до 5000 (в том числе коттеджные и дачные).
Проекты систем водоотведения необходимо разрабатывать одновременно с проектами водоснабжения, рассматривая при этом возможность использования очищенных сточных вод для целей полива территории и орошения.
Санитарно-защитные зоны очистных сооружений систем водоотведения малоэтажной жилой застройки в зависимости от производительности и типа сооружений необходимо принимать в соответствии со СНиП 2.04.03-85.
Для индивидуальных и местных систем водоотведения в случае невозможности соблюдения нормативных санитарно-защитных зон размещение очистных установок должно быть согласовано с местными органами надзора».
К сожалению, по санитарно-гигиеническим и экологическим нормам на сегодняшний день имеется масса документов, которые частично противоречат друг другу. В частности, это касается определения санитар-но-защитных зон для очистных сооружений малой производительности. Фактически существует две разные зоны: первая - расстояние от очистных сооружений до жилой застройки, вторая - от точки сброса очищенной воды (водоотвода) до источников подземного и наземного водоснабжения и водопользования. СанПиНы регламентируют как первую, так и вторую.
Основной документ, которым руководствуются контролирующие органы и создатели очистных сооружений, - СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» из раздела «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов», принятый в 2000 году. Все гигиенические и экологические заключения и сертификаты выдаются именно на его основе. В нем устанавливаются гигиенические требования «к размещению, проектированию, строительству, реконструкции и эксплуатации хозяйственных и других объектов, способных оказать влияние на состояние поверхностных вод, а также требования к организации контроля над качеством воды водных объектов».
Эти требования «имеют целью обеспечить предотвращение и устранение загрязнений поверхностных вод, которые могут привести к нарушению здоровья населения, развитию массовых инфекционных, паразитарных и неинфекционных заболеваний, а также к ухудшению условий водопользования населения».
Согласно этому документу «строительство хозяйственных, промышленных и других объектов, в том числе очистных сооружений, допускается по проектам, имеющим заключение органов и учреждений
20
_Промышленная безопасность_
государственной санитарно-эпидемиологической службы обих соответствии настоящим санитарным нормам и правилам». Здесь определяются нормативы качества воды водных объектов и, соответственно, водоотве-дения.
Также основным документом является - СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» из раздела «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов», принятый в 2003 году. Он определяет размеры санитарно-защитных зон в зависимости от классов объектов. Несмотря на относительную новизну, в нем установлен все тот же весьма значительный размер санитарно-защитной зоны от очистных сооружений до жилой территории для ЛОС закрытого типа -50 метров. Свод правил 32.13330.2012 «СНиП 2.04.03-85» 2012 года также не вносит никаких дополнительных разъяснений к вышеуказанным документам.
В итоге, под действием всех этих документов разрабатывались и действуют малые очистные сооружения, а также и проектируются современные локальные комплексы.
Так, сооружения, применяемые для очистки сточных вод в индивидуальных, локальных и групповых системах, традиционно основывались на механических и биологических методах очистки [2]. В современных условиях по этому принципу создано большое количество блочных конструкций для локальных и индивидуальных систем в виде компактных блоков очистных сооружений как отечественных: БИО, КУ, КУБОСТ, КБС «Контакт», «Биотал», БИОСЕПТ, «Золотарь», «Тверь», «Коттедж-БИО», «Осина», так и зарубежных: септик ОИМИталия, «ЯетоБа» (Испания), «Вавин» (Дания).
Многие из перечисленных выше комплексов работают с использованием такого сооружения, как септик. Септик представляет собой специальную емкость, состоящую из одной или нескольких секций, разделенных перегородками [1]. Чем больше секций-камер, тем эффективней очистка, а односекционные септики могут применяться только при расходе стоков не более 1 м /сут. Простейшие септики очищают жидкость лишь от взвешенных частиц, а доочистка производится в почве.
При наличии нескольких камер в первой камере такого септика происходит отстаивание стоков, в результате чего твердые частицы оседают на дно, постепенно формируя иловые осадки. Жир, поверхностно-активные вещества и другие неоседаемые продукты всплывают, и на поверхности образуется пленка, которая постепенно твердеет. Накапливаясь, твердые осадки заполняют камеру, поэтому с некоторым интервалом ее надо очищать с помощью ассенизаторской машины. Из первой секции жидкость через трубу в перегородке переливается далее, причем отверстие между камерами должно располагаться выше илового
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3_
осадка и ниже поверхностной пленки. В следующих камерах происходит поэтапное осветление сточных вод.
Многие производители укомплектовывают септик биофильтром, который доочищает стоки с помощью аэробных микроорганизмов, для чего в камеру биофильтра подается воздух. Несмотря на надежность и простоту обслуживания, а также невысокую цену и энергонезависимость, даже самые эффективные локальные очистные сооружения с использованием септика не в состоянии получить очищенную воду требуемого качества. А при условии повышенной доочистки осветленных в септике сточных вод потребуются большие площади почвы при наличии высокой их фильтрационной способности. Все это значительно увеличивает стоимость очистного сооружения, особенно, если требуется установка насосов, а также водоприемных и распределительных колодцев. Со временем фильтрующие слои почвы теряют свои очищающие свойства, и требуется использование новых территорий. К тому же существуют строгие нормы расположения полей фильтрации по отношению к грунтовым водам, жилым строениям и источникам водозабора, поэтому в ряде случаев почвенная доочистка, а значит и использование септиков, невозможны.
Современные локальные очистные сооружения позволяют добиться практически полной очистки сточных вод без использования доочистки в грунте. Они снабжены такими сооружениями, как аэротенк. Аэротенк представляет собой резервуар, в который поступают канализационные стоки, предварительно очищенные от плавающих и нерастворимых веществ, для биоокисления. Биоокисление загрязнений происходит за счет действия активного ила, т.е. совокупности микроорганизмов, для жизнедеятельности которых нужен кислород. Для массообмена сточной воды с активым илом и жизнедеятельности микроорганизмов этого активного ила чаще всего применяется барботаж воздухом.
На активность микроорганизмов активного ила влияют температура сточной воды, концентрация кислорода, содержание питательных веществ, оцениваемых БПК. Именно поэтому за процессами, происходящими в аэротенке, нужен постоянный контроль, чтобы предотвратить гибель микроорганизмов.
При соблюдении всех перечисленных параметров степень очистки может достигать 99%. При этом биологический метод является очень энергозависимым, что связанно с барботированием и снабжением кислородом воздуха микроорганизмов. К тому же возникает необходимость очистки резервуара каждые 3-5 месяцев. Таким образом, локальные очистные сооружения с биологической очисткой в аэротенках хотя и просты в конструктивном исполнении и эксплуатации, но надежность стабильных показателей очистки может быть обеспечена
_Промышленная безопасность_
только при усредненных расходах сточной воды и постоянном температурном режиме.
В последние годы всё шире находят применение физико-химические методы для очистки городских сточных вод [3,4], ранее характерные при обработке производственных стоков. Конструирование установок физико-химической очистки для индивидуальных и локальных систем развивается в направлении создания компактных очистных установок блочного типа (КОБК) производительностью 12...300 м3/сут [5,6].
Среди различных физико-химических методов применительно к КОБК особого внимания заслуживают флотация совместно с флокуляцией сточных вод, удельные энергозатраты при работе КОБК для указанных производительностей, по мнению авторов, сопоставимы с энергозатратами работы традиционных установок биологической очистки.
Список литературы
1 Водоотведение и очистка сточных вод / С.В. Яковлев [и др.] М.: Стройиздат, 1996. 591 с.
2. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. М., Изд-во Ассоциации строительных вузов: уч. для вузов, 2006. 704 с.
3. Смирнов Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки. Водохозяйственный комплекс России: понятие, состояние, проблемы. Водные ресурсы. 2010. №5. С.617-632.
4. Алферова, А.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат. 2008. №14. С. 25-26.
5. Разработка компактных сооружений физико-химической очистки сточных вод. Проекты развития инфраструктуры города // Инженерные системы городского хозяйства: новые территории и новые технологии: сб. научных трудов. М., Изд-во «Эспо-Медиа-Пресс», 2012. Вып. 12.
6. Рыков Н.В., Бурдова М.Г. Обоснование физико-химической очистки сточных вод для компактных сооружений (КОБК) // Строительство-формирование среды жизнедеятельности: сборник трудов Пятнадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистров, аспирантов, и молодых ученых (25-27 апреля 2012 г., Москва)/М.:МГСУ, 2012. 1024 с.
Бурдова Мария Григорьевна, канд. техн. наук, доц., mck-05 ahk.ni, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Рыков Никита, Владимирович, асп., тск-05®,Ък.ги,Россия, Тула, Тульский государственный университет
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3_
ANALYZING EFFICIENCY OF WORKING COMPACT SEWAGE DISPOSAL PLANT
FOR WASTE WATERS
M.G. Burdova, M. V. Rykov
Analyzing efficiency of working compact sewage disposal plant for waste waters, which stipulating used technologies, were substantiated. Possibility of using cleaning waste waters by physical-chemical method was considered.
Key words: compact sewage disposal plant, physical-chemical cleaning.
Burdova Mariya Grigorievna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University,
Rykov Nikita Vladimirovich, postgraduate, nick-05qbk.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.511
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ
В КОНСТРУКЦИЯХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ МЕТОДАМИ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Я.В. Чистяков, A.A. Махнин, Н.М. Качурин
Приведены исследования газодинамического процесса сепарации мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционном пылеуловителе методами численного эксперимента. Математическое моделирование осуществляется в двумерной осесим-метричной постановке методом крупных частиц. С помощью разработанной программы выполнены численные эксперименты.
Ключевые слова: математическая модель, центробежно-инерционный пылеуловитель, расчет параметров.
Новое пылеулавливающее оборудование представляет собой батарею пылеотделителей, последовательно работающих внутри одного аппарата. Чередование цилиндрических перегородок и приемных цилиндров, расположенных коаксильно патрубку очищенного газа, позволяет достигнуть требуемой степени очистки за счет многократного изменения направления потока газа при его движении внутри аппарата и за счет поддержания высокой величины инерционной составляющей результирующей силы, действующей на частицы пыли [1].
Для теоретического решения такой сложной задачи, как исследование течения многофазных потоков в конструкциях пылеуловителей, возникает необходимость решения нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных или интегральных уравнений, выражающих
