Особенности очистки стоков хозяйственно-бытового состава

Хозяйственно-бытовые стоки – обозначение жидких отходов человеческой деятельности по источнику происхождения (месту образования):

• с общим характеристическим признаком – превалирования органических загрязнений, что, по сути, определяет приоритетность и целесообразность методов биологической очистки;
• очень гибкое - формально водоотведение от источников в быту, а по факту в непроизводственной сфере (медицина, учреждения сферы образования, дошкольного воспитания, гостиничный комплекс, торговые структуры и т.д.), причем исходя из превалирующей доли органических загрязнений растительного или животного происхождения жидких отходов ряда небольших производств пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, предприятий общественного питания (и их коммерческих аналогов) их стоки тоже попадают в категорию хозяйственно-бытовых;
• предельно емкое по спектру химических, биологических составов, физического состояния, причем в последние годы доля минеральных и синтетических загрязнений в хозяйственно-бытовых стоках растет, а концентрации биогенных элементов, в том числе опасных соединений азота и фосфора увеличиваются из-за активного использования в хозяйственной деятельности различных средств для очистки, мытья, стирки, умягчения воды и пр.

Если рассматривать только хозяйственно-бытовые стоки частных домов, коттеджей на одну и более семей, больниц, школ, муниципальных учреждений и т.д., то они в среднем содержат от 60% органических загрязнений белковой природы (растительного и животного происхождения, в том числе физиологических выделений) и до 40% минеральных загрязнений (плюс биологические, синтетические загрязнения в малых долях) соотношение и состав которых:

• индивидуальны для каждого объекта водоотвода, меняется в зависимости от времени года (потребление различных продуктов, разная интенсивность уборки, стирки, процедур гигиены, а значит и различное по объемам использование моющих средств, мыла/шампуней, порошков/капсул для стирки и т.д.) и даже времени суток (овощи утреннего и вечернего сбора содержат меньше нитратов, чем собранные днем, стирка или мойка посуды вечером или утром определяет вброс в стоки больших концентраций фосфатов), числа людей, ведущих хозяйственно-бытовую деятельность, зависит от физико-химического и биологического состава воды, используемой для питья, приготовления пищи, хозяйственной деятельности;
• меняются, как на различных этапах очистки (физической, физико-химической, биологической), так и во время транспорта стоков. Так, аммонификация белковых соединений в органических загрязнениях, в том числе гидролиз мочи начинается уже в момент сбора/транспорта стоков и интенсивно происходит в отстойниках, септиках, одновременно идет снижение концентрации азота нитритов и нитратов за счет спонтанной денитрификации, а часть фосфорсодержащих соединений гидролизуется, разлагается биологической активностью фосфорных бактерий и ассимилируется микроорганизмами, осуществляющими денитрификацию.

Наличие в хозяйственно-бытовых стоках превалирующей доли органических загрязнений и значительной доли минеральных загрязнений в виде растворимых соединений, взвесей, коллоидов, ионов, ассимилирующихся и/или служащих пищей для микроорганизмов, а также уникальность и нестабильность состава наряду с высокой гидравлической нагрузкой и низкой концентрацией стоков каждого конкретного объекта обуславливает приоритетность использования экономичной по затратам биологической очистки, при которой происходит формирование уникальных биоценозов «под конкретные стоки», их адаптация к варьированию состава, расходу и периодичности сбросов. Это в итоге при правильно скомпонованном процессе позволяет удалять загрязнения, в том числе биогенные элементы до концентраций, определенных действующей нормативно-правовой базой при сбросе очищенных сточных вод в водоемы, на рельеф, в почву или централизованную систему водоотведения (канализации) водопроводно-канализационного хозяйства (ВКХ).

Аналогичный подход по выбору приоритетного метода очистки применяется для небольших производств пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, предприятий общественного питания, как с индивидуальными очистными сооружениями в автономных системах канализования, так и являющихся абонентами/субабонентами ВКХ и формирующих локальные очистные сооружения (ЛОС) для снижения загрязнений стоков в соответствии с требованиями ВКХ или муниципальных властей по предельным концентрациям при сбросе в централизованные системы канализации. Сточные воды таких объектов могут быть приведены у усредненному составу хозяйственно-бытовых стоков (или требованиям ГОСТ 25298-82 «Установки компактные для очистки сточных вод» по БПКполн, содержанию взвешенных веществ, температуре) путем интеграции в начало процесса сепараторов жиров (жироловок, жироуловителей – см. подробнее о сепараторах жиров в этом материале), а на завершающем этапе – установок обеззараживания сточных вод (см. подробнее об обеззараживании стоков здесь и в этом материале).

Справка: Постановлением Правительства Российской Федерации от 12.02.99 N 167 «Об утверждении Правил пользования системами коммунального водоснабжения и канализации в Российской Федерации» введен термин «локальные очистные сооружения» (ЛОС), который обозначает исключительно сооружения и устройства для очистки сточных вод абонента (субабонента) перед их сбросом (приемом) в систему коммунальной или дождевой канализации. Действующий Федеральный закон от 07.12.2011 N 416-ФЗ (ред. от 29.12.2015) «О водоснабжении и водоотведении» в целом ориентирован на абонентов централизованных систем водоснабжения/водоотведения и в части нормирования загрязнений не указывает биогенные элементы, в том числе фосфор, однако:

• уже направленный в Комитет Государственной Думы по жилищной политике и жилищно-коммунальному хозяйству и ожидаемый к принятию Госдумой в этом году Законопроект № 1109303-6 «О внесении изменений в Федеральный закон «О водоснабжении и водоотведении»» вводит понятие нецентрализованной системы водоотведения (сооружения и устройства (в том числе выгребные ямы), не подключенные (технологически не присоединенные) к централизованной системе водоотведения, предназначенные для приема сточных вод), а также «осадка сточных вод и водоподготовки», «обращения с осадком», «транспортирования осадка», «обработки осадка», «хранения осадка» и «утилизации осадка»;
• принятый в первом чтении Законопроект № 386179-6 «О внесении изменений в Федеральный закон «О водоснабжении и водоотведении» и некоторые законодательные акты Российской Федерации» вносит изменения в часть 1 ст. 26 N 416-ФЗ с акцентом на концентрации азота и фосфора – «Технологические нормативы устанавливаются в отношении содержания соединений азота, фосфора, показателей биологического и химического потребления кислорода, взвешенных веществ и микроорганизмов (далее - нормируемые показатели) исходя из необходимости последовательного обеспечения следующих технологических этапов очистки сточных вод: 1) биологическую очистку сточных вод; 2) глубокую биологическую очистку сточных вод; 3) биологическую очистку сточных вод с удалением азота и фосфора;4) доочистку сточных вод».

Поэтому, хотя Федеральный закон от 13 июля 2015 г. № 221-ФЗ «Об особенностях регулирования отдельных правоотношений, возникающих в связи со строительством, с реконструкцией объектов транспортной инфраструктуры федерального и регионального значения, предназначенных для обеспечения транспортного сообщения между Таманским и Керченским полуостровами, и объектов инженерной инфраструктуры федерального и регионального значения на Таманском и Керченском полуостровах и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» приостановил и/или увеличил переходный период до начала применения отдельных положений N 416-ФЗ, в том числе по праву ВКХ на прекращение или ограничение холодного водоснабжения и(или) водоотведения в случае отсутствия у абонента локальных очистных сооружений, обязательности абонентов нормируемой категории обеспечивать предварительную очистку сточных вод с использованием принадлежащих им локальных очистных сооружений, а также обязанности абонентов ввести в эксплуатацию локальные очистные сооружения (срок продлен до 1.01.2019), следует ожидать жесткого регулирования со стороны государства и муниципальных властей сбрасываемых стоков по нормируемым показателям загрязнений и биогенным элементам, причем, как для абонентов ВКХ с ЛОС, так и для владельцев нецентрализованных систем водоотведения с индивидуальными очистными сооружениями.

Процессы и технологии, необходимые и достаточные для очистки хозяйственно-бытовых стоков типового состава до уровня требований действующих норм.

Исходя из:

• предельной жесткости требований по нормируемым показателям загрязнений, как при сбросе стоков в водоемы или на рельеф, в почву, что приводит к загрязнению поверхностных вод, так и в централизованные системы водоотведения;
• предельной жесткости требований по санитарным зонам, при обустройстве индивидуальных или локальных очистных сооружений, а также сооружений естественной очистки (полей орошения, фильтрующих колодцев, траншей, кассет и пр.);
• характера современных хозяйственно-бытовых стоков с большими нагрузками по биогенным элементам;
• данных многочисленных исследований, в том числе полигонных, проводимых на очистных сооружениях ВКХ крупных городов/мегаполисов РФ,

следует признать очевидным факт целесообразности применения в ЛОС или индивидуальных очистных сооружениях гибридных систем на базе современных технологий биологической очистки, включающий, как процессы анаэробного сбраживания, аноксидной обработки микроаэрофильными и анаэробными микроорганизмами, так и процессы аэробной очистки в аэротенках и/или аэрируемых биофильтрах.

Причем с учетом прогрессивных требований, предъявляемых сегодня к современным технологиям биоочистки, по:

• снижению капитальных затрат и эксплуатационных издержек за счет интенсификации процесса, минимального использования энергоресурсов, минимизации обслуживания и использования технологий с отсутствием прироста активного ила, что исключает или существенно снижает расходы на утилизацию ила и энергоресурсы;
• повышению эффективности очистки, как по азоту, так и по фосфору;
• повышению устойчивости очистки за счет поддержания низкого илового индекса и снижения влияния на процессы изменений состава сточных вод.

Кроме того, в состав гибридных сооружений – модульных или моноблочных – обязательно следует включать:

• блок механической очистки (отстойник, эмшер, септик), поскольку согласно активным исследованиям последних 3-4 десятков лет, в том числе полигонным, проведенным лабораторией очистки сточных вод ГУП «Институт МосводоканалНИИпроект» на Курьяновских очистных сооружениях Москвы осаждением в отстойниках, эмшерах, септиках может быть удалено до 75% органического вещества из твердых взвесей (50%) и органических коллоидов (25%), что характерно для хозяйственно-бытовых сточных вод;
• сепаратор жиров – в случае рисков перегрузки биоценоза анаэробной и аноксидной зон гибридного сооружения липидами и жирными кислотами;
• отдельные зоны нитрификации и денитрификации, что способствует развитию многоступенчатой трофической системы, а значит и стабилизации массы активного ила, поскольку в пищевых многоступенчатых пирамидах биомасса организмов стабильна;
• этапы биологической очистки с иммобилизацией (immobilis — неподвижный) биоценозов на носителях (стеклоерши, плоскостные, пороволокнистые, сыпучие носители) что позволяет:
  - создать в анаэробных и аноксидных зонах биоценозы с анаэробными, микроаэрофильными организмами, в том числе анаммокс-бактериями, активно участвующими в процессах анаэробного окисления аммония (аннамокс) и нитри- и денитрификации;
  - создать в аэробных зонах полную трофическую систему с анаэробами и микроаэрофилами во внутренних слоях и аэробами и простейшими во внешних слоях биоценоза;
  
  
  
  - повысить производительность и эффективность работы всей системы по очистке от загрязнений, в том числе по азоту и фосфору, а также токсичным и трудноокисляемым веществам;
  - повысить устойчивость к изменению параметров стока по расходу, рН, концентрациям, несбалансированности, температуре;
  - снизить или практически нивелировать прироста ила за счет трофической саморегуляции прироста ила простейшими и многоклеточными, которых в иммобилизированном на носителе биоценозе в 2-3 раза больше, чем во взвешенном иле.
• процессы/зоны преимущественного дефосфатиривания - анаэробной обработки возвратного рециркулирующего активного ила, что позволяет удалить с избыточным илом и иловой водой до 90% фосфатов, или поочередной аэробной и анаэробной обработки смеси сточной жидкости и активного ила, показывающей эффект удаления фосфатов до 70%.

Важно: В целом процессы нитрификации и дефосфатирования считаются конкурирующими, что обусловило при разработке типовых очистных сооружений биологической очистки выбора приоритета очистки по азоту, фосфору или получению сбалансированного результата, однако современные технологии биоочистки при условии поддержки в зонах окислительно-восстановительного потенциала на уровне rH2 (отрицательный логарифм парциального давления газообразного водорода по Кларку или «степени аэробности») и иммобилизацией биоценозов на носителях позволяют реализовать одновременно процессы нитрификации, денитрификации и ассимиляции фосфора. Традиционные схемы биологической очистки, как правило, работают преимущественно в режиме нитрификации, что обеспечивает удаление не более 10—30% азота и фосфора, а современные гибридные сооружения с эффективностью очистки по азоту и фосфору 70 — 90 % разрабатываются с формированием 3 зон - анаэробной (без растворенного кислорода, нитратов, нитритов), ориентированной на сбраживание органических загрязнений до ацетата, потребляемого фосфорными бактериями с выделением фосфатов, а также аммофикация; аноксидной (без растворенного кислорода, но с нитратами, нитритами и органическими веществами), ориентированной на процессы денитрификации; аэробной (с высокой концентрацией растворенного кислорода), где происходит разложение органики с выделением аммонийного азота, биоокисление аммонийного азота до нитратного (нитрификация) и активное потребление фосфатов фосфорными микроорганизмами (дефосфотация).