Варианты децентрализованного водоснабжения:
- бутилирование и пакетирование экологически чистой воды;
- децентрализованное водоснабжение из бюветов на базе специальных артезианских скважин, расположенных непосредственно в жилых кварталах городов;
- родники в городской черте. Для источников, расположенных в городской черте, в которых сохранилось природное качество воды, предусматриваются специальные охранные мероприятия: оборудование каптажей (сооружение для захвата подземных вод и удобства пользования) и организацию зон санитарной охраны.
Децентрализованное водоснабжение является дополнением к централизованным системам водоснабжения городов и предлагает альтернативный источник качественной питьевой воды, что повышает устойчивость системы жизнеобеспечения в кризисных ситуациях.
Основными источниками загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений.
2. Система водоотведения (канализационная система) включает следующие основные элементы: внутренние водоотводящие системы в жилых зданиях или производственных помещениях; внутриквартальные или внутриплощадочные водоотводящие сети; внешние (внеплощадочные) водоотводящие сети; регулирующие резервуары; насосные станции и напорные трубопроводы; очистные сооружения; выпуски очищенных сточных вод в водные объекты; аварийные выпуски сточных вод в водные объекты. Водоотводящие системы подразделяются на общесплавные, раздельные и комбинированные. В свою очередь раздельные системы подразделяются на полные раздельные, неполные раздельные и полураздельные.
Общесплавная система водоотведения имеет одну водоотводящую сеть, предназначенную для отвода сбросных вод всех категорий: хозяйственно-бытовых, производственных и дождевых. По длине главного коллектора общесплавной системы могут устраиваться ливневыпуски для непосредственного сброса в реку части стока, пропускаемого по системе водоотведения. Это делается с целью уменьшения размеров и количества коллекторов в концевой части системы и соответствующего ее удешевления.
Ливневыпуски устраиваются таким образом, чтобы исключить возможность переполнения главного коллектора во время сильного дождя. Конструкция и размещение ливневыпусков обеспечивают включение их в работу, т.е. сброс вод в реку, не ранее, чем через 30 минут после начала интенсивного ливня. За это время наиболее загрязненная часть поверхностного стока с городской территории по общесплавному коллектору поступает на городские очистные сооружения, а менее загрязненная часть при наполнении главного коллектора начнет поступать непосредственно в реку. Понятно, что выпуск неочищенных сточных вод в реку связан с ее возможным загрязнением. Поэтому размеры выходных отверстий ливневыпусков и соответственно расход сбрасываемых через них неочищенных вод определяются исходя из ассимилирующей способности водотока. Применение общесплавной системы водоотведения целесообразно при наличии в городе полноводной реки.
Полная раздельная система водоотведения имеет два или больше коллекторов, предназначенных для отдельного отвода сточных вод определенной категории. Хозяйственно-бытовые сточные воды отводят на общегородские очистные сооружения, где производят их очистку до кондиций, удовлетворяющих условиям сброса в водные объекты. Очистку производственных сточных вод осуществляют на специальных очистных сооружениях данного промышленного объекта или группы таких объектов. После очистки производственные точные воды могут быть использованы для технического водоснабжения, сданы на общегородские очистные сооружения для доочистки или сброшены в водный объект. Талые и дождевые воды по коллектору ливневой канализации подаются на очистку и в дальнейшем используются для технического водоснабжения или сбрасываются в водные объекты.
Неполная раздельная система водоотведения предусматривает отвод хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод по единому коллектору. Отвод дождевых вод производится отдельно по коллекторам, лоткам или канавам. Как правило, неполная раздельная система используется для небольших объектов водоотведения и является первоначальным этапом создания полной раздельной системы.
Полураздельная система водоотведения предусматривает отвод смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод по одному общему коллектору, а дождевых вод — по другому. Дождевые и производственно-бытовые коллекторы по трассе водоотведения пересекаются. В месте пересечения устанавливаются разделительные камеры, с помощью которых дождевой сток полностью или частично из дождевого коллектора попадает в главный. При сравнительно малых расходах дождевых вод они полностью поступают в главный коллектор. При больших расходах дождевых вод в главный коллектор поступает лишь часть дождевого стока, протекающего по нижней (донной) части дождевого коллектора. Это наиболее загрязненная часть дождевого стока, отводимого с прилегающей территории в начальный период дождя, когда происходит смыв основной массы загрязняющих веществ. Поступающая в последующий период менее загрязненная часть дождевого стока через распределительную камеру отводится в водный объект без очистки. В смеси с дождевыми водами частично сбрасываются и сточные воды.
Комбинированная система водоотведения представляет собой совокупность общесплавной системы с полной раздельной. Такая система формируется по мере развития и реконструкции канализационной сети города. В старой части города может функционировать общесплавная система водоотведения, а в районах новостроек создается полная раздельная система.
Общегородские очистные сооружения. Вода, поступающая в городскую систему водоотведения, обычно представляет собой смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. По системе водоотведения эти воды подаются на общегородские очистные сооружения. Если позволяет производительность этих сооружений, сюда же поступают частично или полностью дождевые и талые воды. Полный комплекс общегородских очистных сооружений включает блоки:
· механической очистки;
· биологической очистки;
· доочистки;
· обеззараживания,
· обработки осадка.
Механическая очистка обеспечивает удаление из сточных вод крупных включений, взвешенных и плавающих примесей. В состав блока механической очистки входят решетки, иногда с дробилками, песколовки, преаэраторы и первичные отстойники.
Решетки предназначены для улавливания крупных включений, которые при необходимости измельчаются в дробилках. На решетках достигается практически полное извлечение из очищаемых сточных вод крупных включений. Извлеченные крупные включения вывозятся на полигон бытовых отходов.
В песколовках, представляющих собой емкости определенных размеров, благодаря резкому уменьшению скорости течения очищаемой жидкости происходит осаждение взвешенных веществ. В песколовках удаляется из сточной воды примерно 40—60% мелких механических примесей. Из песколовок осадок подается на песковые площадки. После высыхания он может быть использован для планировочных работ.
В преаэраторах происходит первичное насыщение сточных вод кислородом путем подачи сжатого воздуха, что существенно улучшает процесс биологической очистки. В сточных водах, поступающих из систем водоотведения, растворенный кислород практически отсутствует. Смешение очищаемых вод с пузырьками воздуха способствует отделению нефтепродуктов и других плавающих примесей, которое происходит в первичных отстойниках, называемых также нефтеловушками. Степень удаления плавающих примесей составляет 60—80%. Всплывшие нефтепродукты специальными скребками собираются в бочки и направляются на регенерацию или на сжигание.
Из первичных отстойников очищаемые сточные воды поступают в блок биологической очистки, где происходит деструкция органических соединений, поддающихся биохимическому окислению. Из сооружений биологической очистки наибольшее распространение получили аэротенки. Они представляют собой железобетонные, реже кирпичные или металлические удлиненные емкости, где происходит контакт очищаемых сточных вод с активным илом при одновременном насыщении их кислородом воздуха. Активный ил представляет собой специально культивируемое сообщество микроорганизмов, пищей для которых служат органические вещества, содержащиеся в сточных водах. Нормальное содержание активного ила в очищаемых сточных водах составляет 2 г/л (по сухому веществу). Для интенсификации процесса деструкции органических соединений в аэротенки постоянно нагнетается сжатый воздух. Аэротенки в блоке биологической очистки располагаются таким образом, чтобы очищаемая сточная вода, проходя через них последовательно один за другим, находилась в контакте с активным илом в течение 18—20 часов. Температура воды в аэротенках должна быть не ниже +5° С и не выше 40° С. Степень деструкции в аэротенках органических веществ, поддающихся биохимическому окислению, составляет около 90%.
Очищенные в аэротенках сточные воды поступают во вторичные отстойники, где происходит оседание активного ила, который попал сюда из аэротенков вместе с водой. Микроорганизмы активного ила при оседании адсорбируют своей чешуйчатой поверхностью мельчайшие взвеси, оставшиеся в очищаемых сточных водах после прохождения песколовок и первичных отстойников, а также ионы тяжелых металлов. Степень извлечения металлов за счет адсорбции микроорганизмами колеблется от 10 до 60%.
После вторичных отстойников городские сточные воды считаются прошедшими биологическую очистку и могут быть сброшены в поверхностные водные объекты. Перед сбросом в обязательном порядке производится их обеззараживание путем обработки хлорной водой. Приготовление хлорной воды производится в хлораторной растворением активного хлора в воде. После хлорирования сбросная вода должна пройти дегазацию, так как попадание активного хлора в водный объект может привести к гибели рыбы. Дегазация сбросных вод происходит в каналах и быстротоках по пути следования от места хлорирования до места выпуска в водный объект. В некоторых странах вместо хлорирования применяют озонирование. И тот, и другой способы обеззараживания воды имеют свои преимущества и недостатки.
Если качество очистки сточных вод не удовлетворяет условиям их сброса в водные объекты или сточные воды после очистки предполагается использовать для технического водоснабжения или пополнения городских рек, то в этих случаях организуется их доочистка. При пополнении стока городских рек очищенными сточными водами доочистка должна обеспечить придание им свойств и состава, присущих природным речным водам. Для доочистки сточных вод используют фильтры с зернистой загрузкой, установки пенной и напорной флотации, коагуляцию и флокуляцию, сорбцию, озонирование, установки для извлечения из воды соединений фосфора и азота. Для придания очищенным сточным водам качеств природной воды их доочистка проводится в каскаде биологических прудов или на биоинженерных сооружениях типа биоплато. В процессе биологической очистки сточных вод образуется большое количество осадка, представляющего собой отмерший или избыточный активный ил, который удаляется из аэротенков и вторичных отстойников. Ил имеет влажность 97—98% и очень плохо отдает воду. С целью обезвоживания его сначала обрабатывают в метантенках или аэробных стабилизаторах, затем подвергают механическому обезвоживанию в гидроциклонах, центрифугах, вакуумфильтрах или фильтр-прессах, после чего направляют на иловые площадки для окончательного высушивания.
В метантенках, представляющих собой герметичные цилиндрические резервуары, в течение нескольких часов при температуре 33—53° С происходит сбраживание ила. При обработке в метантенке ил теряет свою водоудерживающую способность, его влажность снижается до 92—94%. В процессе сбраживания выделяется газ, главным образом метан, с теплотворной способностью до 5000 ккал/ м3.
В аэробных стабилизаторах, представляющих собой обычные аэротенки, активный ил подвергается усиленной аэрации в течение нескольких суток. Расход воздуха при этом составляет до 2 м3/час на 1 м3 вместимости стабилизатора. Влажность ила снижается на 2—3%, он в значительной мере теряет свою водоудерживающую способность.
При механическом обезвоживании влажность осадка может быть снижена до 65—70%, а объем его, по сравнению с сырым осадком (влажностью 98%), уменьшен в 15—20 раз.
Окончательное высушивание осадка происходит на иловых площадках. Площадки представляют собой выровненные участки (карты) площадью 0,25— 2 га, обвалованные невысокими (0,7—1 м) дамбами. Здесь в природных условиях в течение нескольких месяцев (до года) происходит высушивание и компостирование (перегнивание) илового осадка. Компостированный иловый осадок является хорошим органическим удобрением. Ограничения в его применении могут быть связаны со сверхнормативным содержанием соединений тяжелых металлов.
3. Очистка сравнительно небольших расходов сточных вод может быть обеспечена на более простых по конструкции сооружениях, принцип действия которых также основывается на процессах биохимического разложения органических веществ сообществом микроорганизмов.
Наиболее простыми очистными сооружениями, используемыми человеком уже более пяти столетий, являются поля фильтрации. Они представляют собой спланированные площадки (карты) с уклоном до 0,02, обвалованные дамбами, площадью от нескольких квадратных метров до 1,5—2 га. Поля фильтрации устраиваются обычно на проницаемых грунтах — песках, супесях, легких суглинках. Наряду с биологической очисткой сточных вод, в которой принимают участие сообщества микроорганизмов как водных, формирующихся на поверхности карт, так и почвенных, развивающихся в толще проницаемых грунтов, в процессе фильтрации воды через породы основания происходит ее дополнительная механическая и отчасти физико-химическая очистка. Преимуществами полей фильтрации является простота устройства и эксплуатации. К их недостаткам следует отнести необходимость занятия больших площадей, возможность загрязнений подземных вод и атмосферного воздуха газообразными продуктами разложения хозяйственно-бытовых сточных вод, которое ощущается на расстоянии до 200 м от полей фильтрации.
Разновидностью полей фильтрации являются поля подземной фильтрации, в которых на глубине 0,5—1,8 м укладываются дренажные трубы. По ним очищенная вода отводится с полей фильтрации и используется для орошения сельскохозяйственных угодий.
Прогрессивным развитием методов естественной биологической очистки являются биоинженерные сооружения типа биоплато. Для очистки и доочистки сточных вод населенных пунктов могут быть использованы конструкции типа инфильтрационных и поверхностных биоплато. Инфильтрационное биоплато — инженерное сооружение, размещенное, как правило, в котловане глубиной до 2 м, на дне которого устраивается противофильтрационный экран из полиэтиленовой пленки. Поверх экрана укладывается горизонтальный дренаж и слой щебня, песка, керамзита или другого фильтрующего материала. Поверхность сооружения засаживается камышом, тростником, рогозом и другими местными видами высшей водной растительности из расчета не менее 10—12 стеблей на 1 м2. По технологии биоплато в очистке воды принимают участие сообщества водных (на поверхности блока) и почвенных (в фильтрующем слое) микроорганизмов, высшая водная растительность и сам фильтрующий слой. Поверхностное биоплато также размещается в котловане и имеет противофильтрационный экран. Роль дренажа выполняет каменная наброска, вместо фильтрующего слоя укладывается грунт котлована, поверхность которого засаживается высшей водной растительностью. Высшая водная растительность, кроме очистительной функции, обеспечивает повышенную транспирацию (испарение) очищаемой жидкости в летний период примерно на 10—15%. Транспирационные свойства высшей водной растительности могут быть использованы также для ускорения подсушивания иловых площадок, повышения пропускной способности и эффективности очистки полей фильтрации.
Рис.1.Очистные сооружения типа биоплато
А — инфильтрационное биоплато; Б — поверхностное биоплато
1 — подача воды на очистку; 2 — отстойник; 3 — осадок; 4 — распределительный трубопровод; 5 — противофильтрационный экран; 6 — растительный грунт; 7 – песок; 8 — щебень; 9 — дренаж; 10 — высшая водная растительность; 11 — каменная наброск; 12 — очищенная вода.
Сооружения биоплато, удачно расположенные по рельефу местности, не требуют применения электроэнергии, химикатов и обеспечивают надежную работу как в летний, так и в зимний период. Для очистки производственных сточных вод по технологии биоплато требуется производить их предочистку в соответствии с особенностями их состава и свойств.
4. Вода – важнейший природный ресурс, используемый в промышленном производстве. Можно выделить четыре наиболее значимые направления использования воды в технологических процессах: вода 1 категории используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется; могут иметь место лишь аварийные утечки жидких и газообразных продуктов в воду при неисправных теплообменных аппаратах; вода 2 категории служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые (механические) и растворимые примеси; вода не нагревается, но загрязняется соответствующими примесями; вода 3 категории используется так же, как вода 2-ой категории, но с нагревом (например, очистка газов в скрубберах, гашение кокса и т.д.); вода 4 категории используется в качестве экстрагента и растворителя реагентов, химического реагента.
При прямоточном водообеспечении промышленных предприятий вода, забираемая из природного источника, после участия в технологическом процессе возвращается в водоем в виде сточной (отработанной) воды за исключением того количества, которое безвозвратно расходуется в производстве. Образующиеся на предприятии сточные воды перед сбросом в водоем должны проходить через очистные сооружения, однако не все предприятия их имеют и сточные воды могут без очистки сбрасываться в водоем. При таком способе водообеспечения производства из природных источников забираются большие количества чистой воды, которая возвращается в природные среды в несколько меньшем объеме, но содержит токсичные для гидробионтов загрязняющие вещества.
Сточные воды - отработанные воды, дальнейшее использование которых либо невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно по технико-экономическим показателям.
При оборотном водообеспечении промышленных предприятий часть сточных вод повторно используется в производстве после их очистки (и охлаждения при необходимости). В ряде отраслей промышленности (черная металлургия, нефтеперерабатывающая промышленность) 90-95% сточных вод используются в системах оборотного водообеспечения.
При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках, на очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемых в канализацию, осуществляется подпитка системы из водоемов и других источников водоснабжения. Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться постоянно или периодически. Общее количество добавляемой воды составляет 5-10% общего количества воды, циркулирующей в системе. Производственные сточные воды в течение смены могут поступать равномерно и неравномерно. Возможны залповые поступления высококонцентрированных и высокотоксичных сточных вод, при этом периодичность сброса может быть 1 раз в смену, в сутки, в неделю. Режим спуска производственных сточных вод определяется регламентом технологического процесса (цехов и предприятия в целом). В течение суток могут также изменяться отдельные показатели свойств сточных вод. Академик Л.А.Кульский предложил классификацию сточных вод, основанную на характеристике их как дисперсных систем, содержащих частицы примесей определенных размеров.
По существу это отнесение сточных вод к определенному типу дисперсной системы: грубодисперсная, коллоидный раствор, молекулярный раствор, раствор электролита.
Группа 1. Сточные воды представляют собой один из видов грубодисперсных систем с размерами частиц 10-1 - 10-3 см (взвеси, суспензии, эмульсии, патогенные микроорганизмы и планктон). Наличие такого вида загрязнений обусловливает мутность воды.
Группа 2. Сточные воды представляют собой коллоидные растворы загрязнений в воде, а также растворы высокомолекулярных соединений. Размеры частиц загрязнений порядка 10-5 - 10-6 см. Наличие такого вида загрязнений обусловливает окисляемость и цветность сточной воды.
Группа 3. Сточные воды представляют собой молекулярные водные растворы газов и некоторых органических веществ, размеры частиц загрязнений» 10-7 см. Наличие такого вида загрязнений обусловливает запахи и привкусы воды.
Группа 4. Загрязнения в сточной воде образуют ионные растворы с размерами частиц порядка 10-8 см. Наличие такого вида загрязнений обусловливает минерализацию воды.
