Как очищают сточные воды в больших городах
В настоящее время трудно себе представить, как бы выглядели наши большие города, если бы сточные воды этих городов не отводились через канализационную систему. А ведь прошло всего менее ста лет с того времени, когда от устройства канализационных коллекторов перешли (в первую очередь в больших городах) к канализационному строительству, сыгравшему огромную роль в улучшении санитарного состояния городов. Без развития канализационных систем устройство туалетов внутри жилых зданий было бы просто немыслимо. Представьте себе на минуту наши здания высотой в 20 этажей и более, на задних дворах которых (теперь уже отсутствующих) располагались бы уборные выгребного или выносного типа. Следовательно, в наше время устройство канализации является одной из важнейших предпосылок градостроительства. Но даже теперь, когда во всех наших больших городах уже в течение многих десятилетий существуют канализационные системы, не следует считать, что развитие в этой области прекратилось и что остается лишь поддерживать эти сооружения в исправном состоянии. Это далеко не так: во-первых, при реконструкции наших городских центров и застройке новых жилых районов требуется подключение зданий к существующей канализационной сети и ее дальнейшее расширение, а во-вторых, вследствие возрастающего расхода сточных вод сооружения для их очистки следует постоянно совершенствовать и расширять. Поэтому строительство канализационных сооружений для очистки и отвода сточных вод является неотъемлемой составной частью инженерных работ по прокладке подземных коммуникаций, таких же необходимых, как строительство жилых зданий и многих других наземных объектов.
Водохозяйственные органы должны работать в тесном сотрудничестве с органами, занимающимися вопросами городского благоустройства, чтобы на основе перспективного плана определить задачи предстоящего строительства и подготовить их выполнение.
В предыдущей главе, рассматривая очистку сточных вод и отвод их с территории небольшого населенного пункта, мы уже изложили основные принципы устройства канализационных систем отдельно стоящих зданий и систем наружной канализации, а также методы очистки сточных вод. В больших городах используются, по сути дела, такие же системы, однако по своим размерам и сложности устройства они значительно превосходят ранее упомянутые и поэтому требуют специального рассмотрения. Целесообразно снова проследить весь путь, проделываемый сточными водами от места их образования до сброса в водоемы. В каждом доме, на каждом производственном предприятии, в общественных учреждениях в результате потребления питьевой и технической воды образуются бытовые или производственные сточные воды. О том, как образуются и отводятся сточные воды из поселковых домов и с территорий садовых участков, мы уже знаем. Обычно внутренние канализационные системы подключаются к уличному канализационному коллектору, за исключением особых случаев, когда, несмотря на наличие коммунальной канализации, производится очистка сточных вод в индивидуальных очистных установках приусадебных участков с последующим отведением сточных вод в водоем. Поскольку для отвода сточных вод всегда предусматривается уклон, то подключение санитарно-технического оборудования зданий к сети коммунальной канализации легко осуществимо. Однако в больших городах нередки случаи, когда отдельные помещения, расположенные ниже уровня земли, временно или постоянно не имеют свободного стока. Это бывает в тех случаях, когда выпуск, находящийся в подвальном помещении здания, расположен ниже уровня, на котором находится уличный канализационный коллектор. При незначительном наполнении коллектора свободный сток сточных вод от подвального помещения оказывается еще возможным. В случае же интенсивного наполнения коллектора, что бывает, например, во время сильного дождя при общесплавной канализации, в сети возникает подпор, приводящий к затоплению подвального помещения обратным током воды. При отсутствии свободного стока следует предусматривать насосную установку, обеспечивающую подъем воды до уровня, на котором находится вода в уличном канализационном коллекторе. При возникновении в сети временного подпора достаточно установить обратный клапан, который в случае максимального наполнения уличного коллектора всегда предохранит глубоко расположенное подвальное помещение от затопления. При наличии таких обратных клапанов сточные воды могут стекать только в одном направлении. Разумеется, полностью полагаться на такие клапаны при продолжительном подпоре нельзя, так как возможно скопление твердых частиц, которые могут нарушить герметичность клапана. Поэтому, согласно стандарту TGL 10698, для защиты глубоко расположенных помещений от затопления в случае образования подпора в сети на трубопроводе дополнительно устанавливается еще задвижка, обслуживаемая вручную. Эта задвижка всегда находится в закрытом положении и открывается лишь для выпуска сточных вод в коллектор. Таким образом, даже в случае выхода из строя обратного клапана не происходит затопления подвального помещения. Рассмотрим еще другой случай, когда отвод сточных вод из подвального помещения можно осуществить лишь путем их искусственного подъема. Добиться подъема сточных вод можно либо с помощью насосов, либо путем применения пневматических устройств. Поскольку обычные центробежные насосы малой производительности, требующиеся в данном случае, часто засоряются, следует применять насосы специальной конструкции, работающие в автоматическом режиме. Для этой цели используют насосы, приспособленные для перекачки жидкости с отбросами, или принимают меры, предотвращающие попадание засоряющих материалов в насосы. В последнем случае материалы отлагаются на сите установленного перед насосом напорного резервуара и путем автоматического переключения насоса подаются вместе с потоком сточной воды в напорный трубопровод. По такому же принципу действуют и пневматические устройства для подъема воды. В этом случае подъем сточных вод происходит не за счет большой мощности насоса, а за счет давления, производимого на закрытый сборный резервуар сжатым воздухом от компрессора.
Производственные предприятия, подключенные к канализационной сети, должны в отдельных случаях предварительно очищать сточные воды до отвода их в канализацию. При этом следует удалять из сточных вод вещества, представляющие опасность для рабочих, обслуживающих канализационные системы, а также вещества, которые могут вызвать повреждение канализационной сети и подключенных к ней очистных сооружений. К таким веществам относится, например, бензин, пары которого, заполняя канализационную систему, могут привести к взрыву. Поэтому на бензозаправочных станциях, в гаражах, на установках для мойки автомашин и т. п. необходимо предусматривать бензоловушки, с помощью которых из сточных вод удаляются все взрывоопасные вещества. В принципе это те же отстойники, с той лишь разницей, что в данном случае удаляемые вещества, будучи легче воды, всплывают на поверхность, откуда их периодически удаляют. Аналогичным способом устроены и жироловки, устанавливаемые, например, на скотобойнях. Жир, содержащийся в сточных водах, отводимых от скотобоен, отлагаясь на стенках трубопроводов, мешает протоку сточных вод в канализационной системе и осложняет работу очистных сооружений. Имеется еще ряд веществ, спуск которых в канализацию запрещен или ограничен. Мы не будем перечислять здесь все эти вещества. Напомним лишь о том, что задачей канализации является незамедлительный отвод с городской территории всех жидких и нерастворимых загрязнений, находящихся в сточных водах. Эта задача считалась бы невыполненной, если бы канализационная система предназначалась лишь для отвода бытовых сточных вод и исключала при этом удаление производственных стоков. Поэтому сброс отдельных видов сточных вод ограничивается лишь в том случае, когда опасность для канализации такого стока бесспорна.
Сточные воды зданий и участков попадают либо в систему, предусматривающую раздельный прием производственно-бытовых и атмосферных сточных вод, либо в коллектор общесплавной канализации, принимающий оба вида сточных вод. В предыдущей главе уже упоминалось о положительных и отрицательных сторонах этих вариантов. В больших городах канализационные сооружения эксплуатируются уже в течение многих десятков лет, и поэтому говорить о выборе какой-либо системы отвода сточных вод в настоящее время не приходится. Это справедливо также и в тех случаях, когда при реконструкции и расширении территории застройки требуется укладка новых систем трубопроводов. Поскольку эти системы подключаются к существующей канализационной сети и не образуют совершенно новой системы, то они должны работать по принятому уже принципу общесплавной или раздельной системы. Между отводом производственно-бытовых сточных вод небольших населенных пунктов и крупных городов не имеется существенных различий, даже если принять во внимание постоянно увеличивающиеся размеры трубопроводов, что связано с увеличением расхода сточных вод. В прошлом для таких трубопроводов успешно применялись керамические трубы. Эти трубы и в дальнейшем будут находить широкое применение, несмотря на серьезную конкуренцию, которую им все больше составляют пластмассовые трубы. Бетонные трубы, особенно в тех случаях, когда для них не предусматривается специальная защита от агрессивного воздействия находящихся в сточных водах веществ, в меньшей степени пригодны для отвода производственно-бытовых сточных вод. Поэтому их преимущественно применяют для отвода атмосферных вод1.
Проблема отвода атмосферных сточных вод в больших городах заключается в том, чтобы принять интенсивные потоки воды во время сильных ливней и отвести их с городской территории. Тот, кому когда-либо приходилось быть свидетелем затопления улиц, хорошо знает, какие катастрофические масштабы может принять разрушительное воздействие воды при сильных ливнях. Всем известны случаи разлива горных потоков и небольших речушек, протекающих в узких долинах, которые во время паводков превращаются в бурные реки. Это объясняется тем, что почти все количество выпадающих атмосферных осадков в течение короткого времени стекает со склонов в ручьи, поскольку лишь часть воды просачивается в землю. Такими же узкими долинами являются и улицы густо застроенных городских центров. Их размеры определены самим человеком. И в этом случае также все атмосферные воды в короткое время стекают с крыш, дворов и улиц в коллектор, представляющий собой как бы ручей, расположенный в горной долине. В том случае, если этот коллектор окажется не в состоянии принять и отвести поступающую в него воду, может произойти катастрофическое затопление улиц, подобное затоплению горных долин. Поэтому дождевые коллекторы больших городов, а к ним относятся также коллекторы общесплавной канализации, которые одновременно осуществляют отвод производственно-бытовых и дождевых вод, во многих местах представляют собой настоящие катакомбы высотой и шириной по нескольку метров.
Нередко при сильных ливнях, продолжающихся всего 10—15 мин, количество выпавших осадков составляет 20 мм и более. В этом случае поток воды, стекающей с участка площадью 1 га, составляет несколько кубометров в секунду. Но это еще сравнительно небольшие участки, соответствующие по площади обычным спортплощадкам. Если увеличить их площадь в 10 раз, то в этом случае количество стекающей воды будет соответствовать расходу воды в реке Шпрее в
Берлине. Однако выпадение дождя на большой площади обусловливает уменьшение стока дождевых вод. Это объясняется тем, что наиболее интенсивное выНадение ливневых дождей отмечается лишь над сравнительно небольшими территориями. Так называемые затяжные дожди, выпадающие по всей территории, при расчете дождевых коллекторов не учитываются, поскольку в этом случае секундный расход воды незначителен и может без труда приниматься канализационным коллектором. Неравномерный сброс воды, имеющий место при ливневых дождях, дает возможность, с другой стороны, разгрузить канализационную сеть путем подключения к ней регулирующих резервуаров или ливнеспусков, что позволяет прокладывать коллекторы меньших диаметров, т. е. более экономичные. Впрочем, при расчете канализационной сети учитываются также и аккумулирующие способности самих коллекторов. Регулирующие резервуары можно располагать под землей. Во время дождя они заполняются водой, а после его прекращения постепенно опорожняются. Такие резервуары выполняют, следовательно, функции накопителей. Эту роль невольно принимают на себя также подвалы зданий, затопляемых при сильных ливнях водой, которую потом с большим трудом приходится откачивать. В некоторых случаях в качестве регулирующих резервуаров используются естественные или специально устроенные пруды. Задача ливнеспуска заключается в том, чтобы в подходящем месте кратчайшим путем отвести часть сточных вод из общесплавной канализационной системы в расположенный поблизости водоем. Тогда отпадает необходимость отвода этой части воды через весь главный коллектор на очистную станцию. Недостатком данного сооружения является то, что часть неочищенных производственно-бытовых сточных вод попадает при этом в водоем. Однако это может происходить лишь тогда, когда сточные воды получают соответствующее разбавление дождевой водой, да к тому же ливнеспуск функционирует лишь в немногие короткие промежутки времени в течение года. Во многих городах рельеф местности не позволяет осуществить непосредственный отвод всех сточных вод к очистным сооружениям по самотечной системе трубопроводов, подключенной к главному коллектору. Бывает также, что территория, на которой расположен город, имеет совсем незначительный перепад высот, так что коллекторы, которые должны иметь определенный уклон, обеспечивающий достаточно быстрый сток вод, в этом случае пришлось бы очень сильно заглубить под землю в низовых участках. Это привело бы к значительному увеличению затрат на устройство канализационной сети, да к тому же пришлось бы строить располагаемые глубоко под землей коллекторы больших размеров. В таких случаях целесообразно устанавливать насосные станции, с помощью которых можно осуществить подъем сточных вод в канал, расположенный на несколько метров выше, или подавать сточные воды на очистные сооружения (перекачкой) по системе напорных трубопроводов. Насосные установки используются также при холмистом рельефе местности. Для того чтобы прокладываемый коллектор мог преодолеть встретившееся на пути препятствие, например в виде отдельного холма, потребовалось бы выполнить большой объем земляных работ. В этом случае зачастую экономичнее применить насосную установку, обеспечивающую подачу воды на нужную высоту.
По указанным причинам канализационные насосные станции имеют широкое применение в больших городах, а потому целесообразно кратко ознакомиться с ними.
Насосные станции для перекачки сточных вод создавались по образцу ставших уже традиционными насосных станций питьевой воды. При устройстве современных систем централизованного водоснабжения, которые начали развиваться около середины прошлого века, в большинстве крупных городов стали применять насосы для подачи большого количества воды через наземные водонапорные сооружения, известные под названием водонапорных башен, или непосредственно в распределительную сеть, откуда вода поступала к потребителю. В свое время эти операции выполнялись поршневыми насосами различной конструкции. Поршневые насосы приводились в действие паровыми машинами. Как насосы, так и паровые машины занимали много места в здании насосной станции. При этом пар вырабатывался в котельной, располагаемой на территории предприятия, что увеличивало затраты на строительство и эксплуатацию подобных насосных станций. Первые канализационные насосные станции были устроены по такому же принципу. Сейчас перекачка питьевой и сточной воды осуществляется главным образом центробежными насосами с электроприводами. Поскольку центробежные насосы являются быстроходными агрегатами, их мощность при значительно меньших габаритах может превышать мощность поршневых насосов. Электропривод упрощает эксплуатацию насоса, так как для питания электропривода насоса можно использовать ток городской сети. Это позволяет автоматизировать насосные станции. Современная насосная станция коренным образом отличается от станций, построенных в прошлом веке. Первое, что отличает эту станцию,—незначительная территория, занимаемая сооружением.
Даже в том случае, когда сточные воды, отводимые от жилого здания, самотеком (иногда с помощью насосных станций) стекают по подземным коллекторам к очистным сооружениям, в больших городах приходится выполнять значительные работы по ремонту и техническому обслуживанию разветвленной сети. Задача этих служб заключается в осуществлении постоянного контроля за нормальным стоком воды, так как любое засорение сети может привести к образованию в ней подпора, что грозит затоплением. При этом особую опасность возможного засорения сети представляют различные отложения, со временем образующиеся в коллекторах.
Эти осаждающиеся материалы, и прежде всего песок, попадают в коллекторы через уличные дождеприемники, вентиляционные отверстия смотровых колодцев или же домовые выпуски. Еще на стадии проектирования канализационной сети стремятся добиться возможно меньшего количества этих отложений путем придания уличному коллектору оптимальных уклонов. Отложений не происходит в тех местах, где сточные воды постоянно стекают с большой скоростью и увлекают за собой песок. Однако во многих крупных городах, территория которых имеет равнинный характер, невозможно предусмотреть столь большие уклоны. В этом случае песок из коллекторов приходится периодически удалять. О том, как это осуществляется, мы уже рассказывали в предыдущей главе.
В больших городах бригады, выполняющие работы по прочистке и ремонту наружной канализационной сети, являются крайне необходимыми, ибо от них зависит нормальное функционирование огромного городского канализационного хозяйства. При этом выполняют они поистине неблагодарную работу, о которой население узнает лишь тогда, когда засорение, возникшее в канализационной сети, мешает нормальному пользованию удобствами. Следует отметить, что засорение канализационной сети часто происходит по вине городских жителей, не соблюдающих самых элементарных правил пользования канализацией. Будучи уверенными в том, что канализации все под силу, они сбрасывают в нее материалы, которые даже при наличии хорошо спроектированной системы и регулярного обслуживания не всегда могут отводиться по канализационным трубопроводам. Поэтому правильнее будет не спускать в канализацию отбросы, способные вызвать засорение, а собирать их в специально предназначенные для этой цели ведра. В некоторых больших городах за рубежом в последнее время широкое распространение получили машины для измельчения отбросов, устанавливаемые над спускным трубопроводом грязной воды в кухне. Это создает большие удобства, так как позволяет удалять кухонные отбросы и даже обломки фарфоровой посуды через канализационную систему. Однако целесообразность применения таких устройств является довольно спорной. Во-первых, установка таких машин для измельчения мусора означает дополнительные затраты для жильцов, а во-вторых, сброс большого количества твердых материалов в канализацию приводит к тому, что часть их оседает, образуя в трубопроводах отложения, с большим трудом удаляемые при прочистке канализационной сети. Поэтому разумнее было бы удалять все сухие домашние отбросы с помощью мусоропроводов и других предусмотренных для этой цели приспособлений, нежели сбрасывать их в канализацию. Следуя по пути движения сточной воды, посмотрим теперь, каким образом осуществляется очистка сточных вод в очистных сооружениях больших городов. Часто приходится встречать название «очистная станция». Степень индустриализации очистки сточных вод в настоящее время настолько значительна, что понятие «станция» в данном случае вполне обосновано. При этом мы не можем больше проводить прямое сравнение очистных станций с очистными сооружениями домовой и малой канализации, несмотря на то что на крупных очистных станциях протекают в основном те же физико-химические и биологические процессы очистки. Применение различных технических средств для регулирования этих процессов настолько обширно, что требуются специальные знания для того, чтобы, несмотря на внешне кажущиеся значительные отличия этих процессов, установить их общие естественно-научные основы. Представим себе, будто мы в составе экскурсии пришли на очистную станцию с целью ее осмотра и в этой экскурсии нас сопровождает главный инженер станции. Вероятно, он построит экскурсию таким образом, чтобы мы смогли проследить весь путь, проделываемый сточной водой, проходящей через все очистные сооружения. Затем он проведет нас по территории, где выполняются побочные операции, в первую очередь обработка осадков сточных вод.
Итак, ворота очистной станции открываются, и мы сразу же отмечаем, что, несмотря на непривлекательность обрабатываемых здесь материалов, кругом царят исключительная чистота и порядок. Да так оно и должно быть, ибо очистные станции являются сооружениями, задачей которых в первую очередь является санитарное оздоровление городов. Поэтому наряду с органами водохозяйственного надзора их работа постоянно контролируется органами здравоохранения. Именно по этой причине самыми частыми посетителями станции являются санитарные инспектора и врачи. Бросается в глаза также немногочисленность обслуживающего персонала. Экономисты могли бы подсчитать, что стоимость сооружения, приходящаяся на каждого работающего на станции человека, составляет свыше 1 млн. марок. По сравнению с другими промышленными сооружениями (а очистные станции по своему характеру могут по праву считаться промышленными сооружениями)
такое соотношение является весьма удовлетворительным. Помимо всего прочего, это позволяет судить о высокой степени механизации и автоматизации сооружения. Если бы мы задались вопросом, сколько «занято» на очистной станции живых организмов, то нам пришлось бы иметь дело с поистине астрономическими цифрами. 8 процессе биологической очистки участвуют мириады бактерий и других микроорганизмов. Они добросовестно выполняют свои функции по очистке сточных вод, а затем участвуют в разложении удаленного из них осадка. Обход очистной станции мы начинаем с осмотра водоприемного сооружения. Это пункт, где подводящий коллектор, проходивший до этого под землей, выходит наружу или где заканчиваются идущие от расположенных в черте города насосных станций чугунные или стальные напорные трубопроводы. Водоприемное сооружение представляет собой бетонный резервуар, от которого к очистному сооружению протянуты открытые сточные лотки. Иногда в этом месте устанавливают также высокопроизводительные центробежные или шнековые насосы, которые поднимают сточные воды до определенного уровня, после чего они самотеком направляются на все очистные сооружения. При приеме сточных вод из общесплавной системы канализации водоприемное сооружение часто оборудуется переливным устройством. В таком случае, если после сильного дождя на очистную станцию в течение короткого времени поступит количество воды, превышающее ее мощность, часть поступившей воды будет сброшена через переливное устройство. Эта вода может быть отведена в водоем по специальному каналу. Однако для приема загрязненных дождевых сточных вод лучше предусматривать регулирующий резервуар. Во время дождя такой резервуар постепенно наполняется стекающей в него из переливного устройства дождевой водой, которая после прекращения дождя перекачивается на очистные сооружения.
Далее мы вместе с нашим экскурсоводом направляемся вдоль открытого лотка к первому сооружению собственно очистки воды — решетке. На пути к ней мы видим мощные потоки сточной воды в бетонном лотке с вертикальными стенками. Вероятно, наш провожатый захочет показать нам заранее заготовленную в стеклянном сосуде пробу поступившей на станцию сточной воды. Если путь, проделанный сточной водой до очистной станции, не был слишком долгим, то внешне эта вода ничем не отличается от сточной воды уличного канализационного коллектора. Вода выглядит грязно-серой. Она не имеет дурного запаха, наоборот, обладает едва уловимым сладковатым запахом, почувствовать который можно, лишь находясь рядом с бетонным лотком или поднеся к носу сосуд с взятой пробой. Иначе обстоит дело, если путь, проделанный сточными водами до очистной станции, был долгим или если их приходилось перекачивать на значительные расстояния. В этом случае в результате происходящих в воде процессов разложения запасы растворенного в ней кислорода могут истощиться и начнется процесс преобразования органических веществ, называемый гниением. Внешне это состояние можно определить по темной окраске сточной воды. Во второй главе мы уже объясняли причину такого почернения воды. Запах воды также меняется, поскольку при гниении происходит выделение сероводорода, имеющего запах тухлых яиц. Но за пределы территории станции этот запах не распространяется, а удерживается возле открытого лотка. Поэтому можно без преувеличения сказать, что очистная станция не оказывает вредного воздействия на окружающую среду в отличие от некоторых промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу клубами выбрасываемого дыма, а также от постепенно исчезающих полей орошения, расположенных в пригородных зонах, функции которых с некоторых пор выполняются очистными станциями. Между тем мы уже подходим к решеткам для механической очистки сточных вод. Мы видим несколько таких механизмов, установленных в разветвленном и расширенном канале. Часто расположенные стальные стержни решеток с про-зорами в 2—3 см задерживают все плывущие по воде крупные отбросы, и таким образом прошедшая через них сточная вода содержит лишь частицы взвешенных веществ и песка. Время от времени приводятся в движение механические грабли, которые опускаются на самое дно бетонного канала, а затем медленно скользят по стержням вверх, очищая их от твердых отбросов и волокнистых материалов. Затем все задержанные твердые отбросы сбрасываются на ленту транспортера, установленного высоко над поверхностью воды, и ссыпаются в стоящую наготове вагонетку. Грабли приводятся в действие автоматически, с помощью реле времени или реле перепада уровня. При скоплении на решетке слишком большого количества отбросов возникает подпор воды, вызванный уменьшением живого сечения решетки. Если в этом случае указатели уровня воды, установленные до решетки и после нее, показывают недопустимый перепад уровней, автоматически включается электродвигатель, приводящий в действие механически е грабли, которые очищают решетку от застрявших на ней отбросов до тех пор, пока перепад не уменьшится до нормального. Сороудерживающая решетка установлена в небольшом здании, которое в случае неблагоприятной погоды служит укрытием для дежурного очистной станции, эпизодически контролирующего работу сооружения. Работа на очистной станции ведется изо дня в день круглосуточно, так как поступление на станцию сточных вод практически никогда не прекращается. Поэтому для работающего на станции персонала созданы соответствующие условия, чтобы при любой погоде, особенно в суровую зиму, обеспечить бесперебойную работу сооружения, обслуживаемого в три смены.
Естественно, ни в одном из наших городов не имеется очистной станции, которая была бы точной копией той, которую мы с вами посетили, поскольку в канализационной технике имеется много решений, позволяющих добиваться эффективной очистки сточных вод. Таким образом, устройства и даже отдельные элементы сооружений не являются унифицированными. К тому же имеется много вариантов компоновки сооружений. И здесь, так же как и во всех производственных процессах, происходит постоянная мо-
дернизация. Непрерывно улучшаются методы и совершенствуется оборудование. Научно-исследовательная работа, с одной стороны, и активное участие рационализаторов — с другой, способствуют постоянному совершенствованию конструкций очистных сооружений. При разработке проектных решений каждой вновь сооружаемой очистной станции используют опыт проектирования предыдущих сооружений и прогрессивные методы, позволяющие повысить производительность этих станций, снизить затраты на их строительство и эксплуатацию или улучшить эксплуатационную надежность станций и условия работы на них. Даже сороудерживающая решетка изготавливается в различном конструктивном исполнении. Применяются, например, решетки, стержни которых, имеющие дугообразную форму, располагаются горизонтально в потоке сточной воды. При этом скребковый сбрасыватель, перемещаясь поперек лотка, сдвигает задержанные отбросы к месту, где установлена дробилка. Поступившие в металлическую дробилку отбросы с помощью быстро вращающегося стального молотка разбиваются и размалываются. Проваливаясь сквозь щели в корпусе, эти измельченные отбросы могут теперь уже проходить через прозоры решетки. Таким образом, отбросы вообще не приходится извлекать из воды. Их измельчают под водой, направляют с потоком сточной воды дальше и вместе с другими загрязнениями, находящимися в сточной воде, подвергают дальнейшей обработке. Хотя такой метод удаления отбросов и является более простым, чем, например, способ, предусматривающий их извлечение из сточной воды и последующее складирование, однако применяемый при этом механизм чаще, чем в более простых решетках, подвержен повреждениям, в связи с чем данный способ удаления отбросов используется не на всех очистных станциях. Что же происходит дальше с извлеченными из сточной воды отбросами? Их можно спрессовать с целью удаления из них остатков влаги, а затем сжигать. Образовавшийся в результате сжигания пепел распределяют на местности. Такая форма удаления отбросов является наиболее приемлемой с санитарной точки зрения. Однако вследствие наличия органических веществ в отбросах их можно также компостировать отдельно или вместе с осадком сточных вод и домашним мусором. Полученный таким образом компост безопасен в санитарном отношении. И, наконец, существует еще один способ ликвидации измельченных отбросов, заключающийся в их смешивании с хлорной известью и закапывании на специально отведенных для этого участках. Перечислив все эти возможности ликвидации отбросов, наш экскурсовод не забывает упомянуть и о том, что количество отбросов в последние годы резко возросло и что большую их часть составляют синтетические материалы, удаление которых из сточной воды доставляет много хлопот. Обладая высокой прочностью на разрыв, они часто вызывают неполадки в работе скребкового устройства или дробилки, поскольку удаление скоплений таких отбросов с решетки—довольно сложное дело.
Теперь наш путь лежит к установке для отделения твердых веществ, входящих в состав сточных вод,—к песколовке. Через уличные дождеприемники в канализацию вместе с водой попадает какая-то часть песка, которая лишь частично удаляется при очистке коллекторов. Значительная часть этого песка попадает вместе со сточными водами на очистные сооружения, где он должен быть каким-то образом удален. Здесь нам вновь помогает простая закономерность гидравлики потока. Песчинки уносятся вместе с водой только при определенной скорости течения. При снижении этой скорости крупицы песка оседают на дно канала, а вода течет дальше. Песок смывается и уносится водой лишь в том случае, когда скорость потока превышает 0,3 м/с. При меньшей скорости течения песок оседает на дно. Узкие продольные отсеки горизонтальных песколовок сконструированы таким образом, что скорость течения воды в них всегда составляет 0,3 м/с. Если эту скорость несколько снизить, то вместе с песком выпадут и небольшие частицы органических взвешенных веществ. Это было бы весьма нежелательно, поскольку в песколовке не должен находиться органический осадок, загрязняющий песок и осложняющий вследствие своей склонности к гниению последующее удаление песка. По истечении некоторого времени работы песколовки слой отложившегося на дне песка достигает такой толщины, что требуется его обязательное удаление. На малых очистных сооружениях эта работа все еще иногда выполняется вручную. На больших же станциях песок ежедневно поднимают на поверхность механизмом, передвигающимся по направляющим рельсам, проложенным над песколовкой. В бункере или на дренированных площадках для подсушки песок обезвоживается настолько, что его можно складывать в отвалы. Конструкция песколовки, состоящей из нескольких продольных отделений, не является единственной. Разработано несколько технических решений, позволяющих успешно выполнять операции по удалению песка из сточной воды. Можно, например, осаждать песок в песколовках с вертикальным движением воды. Из таких глубоких песколовок удаление осадка производится с помощью эрлифта. Применяется также еще одна конструкция песколовки, в которой происходят процессы, аналогичные явлениям, наблюдаемым в чайной чашке. При перемешивании налитого в чашку чая чаинки собираются в центре чашки. При круговом движении сточной воды в круглой вертикальной песколовке крупные частицы аналогичным образом собираются в ее центре. Через устроенное в центре песколовки отверстие они попадают в специальную камеру, откуда затем откачиваются.
Осмотр очистной станции продолжается. За песколовкой мы видим канал с вертикальными бетонными стенками. Стенки лотка в средней части сужены, а дно имеет уклон в сторону движения воды.
Мы замечаем, как скопившаяся в месте сужения канала вода затем быстро проносится через суженное пространство. Сопровождающий нас инженер обращает наше внимание на расположенную возле канала поплавковую камеру и объясняет назначение всей установки. Речь в данном случае идет о лотке Вентури, с помощью которого измеряется расход сточных вод. Пользуясь известной закономерностью, можно исходя из подпора, образующегося в месте сужения поперечного сечения канала, точно определить расход сточных вод. Движение поплавка передается через диск с кулачком регистрирующему устройству, которое и показывает мгновенный расход. Эти показания передаются на пульт управления очистной станции, и, таким образом, инженер, ответственный за данную смену, постоянно осведомлен о количестве поступающей на станцию сточной воды и возникающих изменениях. В этом случае он дает необходимые указания на отдельные пункты станции, чтобы при любом притоке сточных вод были созданы оптимальные условия процесса очистки.
Продолжая осмотр станции, мы подходим к сооружению, которое сразу же привлекает к себе внимание своими габаритами. Это широкий, вытянутый в длину резервуар с почти неподвижной водной гладью. Лишь внимательно приглядевшись, можно заметить, что вода в этом резервуаре медленно движется. Нам объясняют, что этот резервуар имеет рабочую глубину около 2 м, и продолжительность пребывания сточной воды в этом очистном сооружении составляет 2 ч. При таком медленном течении воды на дно резервуара оседают мельчайшие частицы взвешенных веществ. На плоском днище резервуара они должны находиться всего несколько часов, ибо легко могут превратиться в гниющую массу. Это было бы, разумеется, нежелательно, и поэтому находящийся на дне резервуара осадок через небольшие промежутки времени удаляют с помощью специальных скребков. Мостовая скребковая тележка перемещается по уложенным вдоль стенок отстойника направляющим рельсам и тянет за собой скребок, обеспечивая тем самым полную очистку днища. Осадок передвигается в противоположном течению воды направлении и стекает в расположенный в передней части отстойника приямок, откуда по иловым трубам отводится в иловый колодец. О том, что происходит с этим осадком дальше, мы узнаем несколько позже, во время дальнейшего осмотра очистной станции. Мы замечаем еще, что мостовая тележка передвигает не только осевший на дно осадок, но также скопившиеся на поверхности воды плавающие вещества, содержащие в основном жир и нефтепродукты, не всегда задерживаемые очистными установками промышленных предприятий перед сбросом производственных сточных вод в канализацию. Эти плавающие вещества выпускаются из отстойника в одном месте и в дальнейшем подвергаются такой же обработке, что и донный осадок. В тыльной части отстойника расположена металлическая платформа для мостовой тележки, которая позволяет последней перемещаться по фронту отстойников. Поэтому совсем необязательно, чтобы каждый отстойник был оборудован индивидуальной мостовой тележкой. Одна такая тележка может поочередно обслуживать несколько рядом расположенных отстойников. Нас поражает, что скребковый механизм работает совершенно без надзора. Он не только самостоятельно останавливается в конце отстойника с тем, чтобы после извлечения из воды скребка отправиться с большей скоростью в обратный путь, но и самостоятельно въезжает на специальную платформу, которая автоматически включается и перемещается к следующему отстойнику. Такая автоматизация указанных процессов объясняет немногочисленность обслуживающего персонала на очистной станции. В том месте, где сточные воды вытекают из отстойника, нам вновь показывают пробирку со взятой на анализ водой. Мы можем убедиться в том, что она значительно прозрачнее, чем вода, взятая для анализа в месте поступления сточных вод на очистную станцию. Но это и неудивительно, ибо мы знаем, что в отстойнике из сточной воды были удалены взвешенные вещества. При медленном течении воды все нерастворен-ные частицы осели на дно, и таким образом количество загрязнений, содержащихся в сточной воде, уменьшилось примерно на одну треть. Поэтому взятая на анализ вода еще не является абсолютно чистой. Она продолжает оставаться в определенной степени мутной, что объясняется наличием в ней полурастворенных веществ, которые не удалось выделить даже в отстойнике. Пройдя еще несколько шагов, мы оказываемся перед группой резервуаров, имеющих такую же длину и ширину, что и отстойники. В противоположность спокойной водной поверхности только что осмотренного нами отстойника здесь отмечается интенсивное перемешивание воды. Оно происходит под воздействием сжатого воздуха, поступающего в резервуар через специальные аэраторы, расположенные у днища вдоль длинной стороны резервуара. Глубина резервуара 4 м. Сжатый воздух вырабатывается в расположенном поблизости машинном зале, где установлены турбокомпрессоры, и подводится к резервуару по подземным трубопроводам. Этот воздух в виде мелких пузырьков поступает в воду через пористую поверхность керамических труб, в большом количестве расположенных глубоко под водой вдоль одной из сторон резервуара. Подаваемый сбоку сжатый воздух вызывает бурное поперечное перемешивание воды, что очень важно, поскольку в результате такого завихрения воды хлопья ила постоянно находятся во взвешенном состоянии. Этот хлопьеобразный ил определяет эффективность очистки сточной воды. Он состоит из множества микроорганизмов, питающихся загрязнениями сточных вод. О них уже рассказывалось в предыдущих главах. Поступающий воздух доставляет этим микроорганизмам необходимый для их жизнедеятельности кислород, в то время как сточная вода обеспечивает их пищей. Эти биологически активные хлопья получили название «активного ила», а отсюда происходит название самого метода очистки сточных вод. Смесь сточной воды и хлопьев активного ила, медленно перемещаясь и постоянно циркулируя, находится в аэро-тенке в течение нескольких часов. Затем эта смесь по подземным трубопроводам удаляется из аэротенка, и мы вновь обнаруживаем ее теперь уже в большом отстойнике, расположенном сразу же за аэротенком. Этот круглый резервуар, называемый радиальным отстойником, предназначен для удаления из сточной воды активного ила. Микроорганизмы должны, разумеется, постоянно выполнять свои функции по очистке сточных вод, и для этого их нужно снова перекачивать в аэротенки. В круглом резервуаре хлопья оседают на дно в виде насыщенных водой мельчайших частиц. Отсюда с помощью постоянно вращающегося скребкового устройства, прикрепленного к ферме, которая опирается на боковую стенку резервуара и на центральную опору, ил сдвигается в расположенный в центре резервуара приямок. Насосы подают жидкий активный ил—вода в нем составляет более 99%—для постоянной циркуляции в переднюю часть аэротенка, где вновь происходит смешение ила с предварительно осветленной сточной водой.
Таким образом, в то время как сточная вода прямолинейно протекает через сооружения биологической очистки, активный ил непрерывно циркулирует внутри этих сооружений. Очищенная от хлопьев активного ила сточная вода, находившаяся в течение нескольких часов во вторичном отстойнике, поступает в круговой лоток, расположенный по периметру этого отстойника. Разумеется, и через этот резервуар, как и через все сооружения станции, постоянно протекает очищенная вода, так что время пребывания воды в резервуаре является средним значением, принимаемым для одной капли.
Могут предусматриваться также вторичные отстойники прямоугольной формы. В этом случае движущееся вдоль продольных сторон отстойника скребковое устройство непрерывно удаляет ил, сбрасывая его в продольный лоток. Применение прямоугольных вторичных отстойников обеспечивает возможность компактной компоновки сооружения, при которой в одном блоке располагают первичный отстойник, аэротенк и вторичный отстойник, что позволяет значительно уменьшить общую площадь, занимаемую сооружением. В месте выхода сточной воды из вторичного отстойника инженер очистной станции вновь показывает нам ее пробу. Мутность воды теперь уже едва различима. Хотя внешне вода и выглядит прозрачной, но в ней все же имеется небольшое количество взвешенных веществ. Конечно, в воде еще имеются растворенные, неразличимые невооруженным глазом вещества, и мы можем также предполагать, что в ней содержится большое количество микробов, в том числе и болезнетворных. До отвода в водоем сточной воды, из которой теперь после биологической очистки удалено 90—95% загрязнений, в нее добавляют хлорную воду с целью уничтожения болезнетворных микробов. В том месте, где очистка сточной воды заканчивается, устраивается выпуск ее в водоем или — в особых случаях — отвод для последующего использования, главным образом для полива пахотных и луговых земель в сельском хозяйстве. Это весьма целесообразно, поскольку сточные воды даже после биологической очистки все еще содержат растворенные вещества, главным образом фосфор, вызывающие нежелательное разрастание водорослей в водоемах. Такого «удаб-ривания» водоемов можно избежать выделив фосфор на третьей стадии очистки путем добавления в воду химикатов. Совершая обход очистной станции, мы быстро проходим мимо отдельных ее установок, ибо просто невозможно подробно осмотреть все ее компоненты. Следует также заметить, что описанные здесь технологические процессы и конструкции отдельных сооружений могут не совпадать полностью с конструкциями и процессами, предусматриваемыми на других очистных станциях. Но наш осмотр еще не закончен.
Что же происходит с осадком, ежедневно удаляемым из илового приямка первичного отстойника? Мы еще не сказали о том, что часть активного ила постоянно выводится из процесса, так как при надлежащем снабжении питательными веществами, поставляемыми сточной водой, происходит быстрое размножение микроорганизмов. Поскольку количество активного ила не должно превышать установленной нормы, часть микроорганизмов, циркулирующих между аэротен-ком и вторичным отстойником, должна быть удалена. Этот избыточный активный ил перекачивают в первичный отстойник и обрабатывают вместе с находящимся там осадком.
В иловом приямке первичного отстойника ежедневно скапливаются большие количества жидкого, состоящего преимущественно из органических веществ осадка, который после извлечения его из воды быстро превращается в гниющую массу. Поэтому следует, во-первых, путем специальной обработки удалить из него значительную часть воды, а во-вторых, не допустить его загнивания до последующей переработки. Продолжая осмотр очистной станции, мы подходим к видным издалека сооружениям—метантенкам. Это большие круглые резервуары объемом в несколько тысяч кубометров, возвышающиеся над окружающей территорией. Из отстойника в метантенк ежедневно насосами перекачивается осадок, где он смешивается с находящимся там уже сброженным осадком. В метантенке, где созданы необходимые условия для биологических процессов разложения, этот осадок находится от двух до четырех недель. Метановые бактерии тут же атакуют содержащиеся в осадке органические вещества, используемые ими в качестве питания. В отличие от организмов, находящихся в резервуарах с активным илом, им совсем не требуется кислород. Они любят тепло и темноту. Поэтому метантенки полностью закрыты, а температура внутри них составляет от 30 до 35 °С. При сбраживании осадка выделяются газообразные продукты распада. Примерно 2/з постоянно выделяющегося при сбраживании газа составляет метан, а 1 /з состоит преимущественно из углекислого газа и незначительного количества других газов. По своему составу газы брожения, иногда именуемые «биогазами», соответствуют природному газу, огромные подземные залежи которого встречаются в различных уголках земли и наличие которого в настоящее время наряду с нефтью стало одним из важнейших факторов в развитии народного хозяйства.
Метан обладает высокой теплотой сгорания, поэтому путем сжигания газов брожения в котельной получают тепло, которое используют для создания в ме-тантенках температур, наиболее благоприятных для жизнедеятельности метановых бактерий. Вот почему рядом с большими башнями метантенков мы видим здание котельной с теплообменником. Нагретая в газовых котлах вода, проходя по змеевикам с двойными стенками, отдает свое тепло протекающему в трубопроводе осадку до того, как последний попадет в метантенк. Отсюда становится понятным назначение больших газгольдеров, расположенных на территории очистной станции рядом с метантенками. Они служат для хранения газа, выделяющегося в процессе брожения, и таким образом постоянно обеспечивают топливом установки для выработки тепловой энергии.
Мы узнаем также, что не только метантенк, но и все здания очистной станции в зимнее время обогреваются выделяющимся при сгорании метана теплом. Инженер очистной станции рассказывает нам о том, что раньше метан применялся в качестве горючего для автомашин, транспортировавших сжатый метан в специальных баллонах. Однако его можно также применять для больших стационарных газовых двигателей. В этом случае двигатели с помощью муфтовых соединений подключаются к генераторам, снабжающим электроэнергией насосы, компрессоры, приспособления для удаления ила, а также все прочие установки, потребляющие электроэнергию. Отходящее тепло этих двигателей можно в этом случае использовать для подогрева сбраживаемого осадка. Такая очистная станция, которая самостоятельно удовлетворяет свои потребности в электроэнергии, совершенно независима от какого-либо внешнего источника энергии. Она не нуждается ни в электричестве, ни в газе, ни в угле.
Завершающей фазой нашего посещения очистной станции является осмотр всей станции с площадки, расположенной в верхней части метантенка. На эту площадку нас доставили с помощью специального лифта. Отсюда, с высоты птичьего полета, хорошо видны все резервуары и ведущие к ним каналы, по которым сточные воды направляются от одного сооружения к другому соответственно стадиям очистки. Особенно бросаются в глаза иловые площадки, занимающие обширную территорию. Они являются конечным пунктом пребывания сброженного осадка на территории очистной станции. Ежедневно из метантенков выпускается такое же количество сброженного ила, какое поступило в виде свежего осадка. Поскольку в сброженном осадке все еще содержится значительное количество воды, он представляет собой жидкую массу и может транспортироваться только по трубопроводам или в небольших количествах перевозиться в автоцистернах. Для уменьшения количества содержащейся в иле воды его высушивают на открытых дренированных иловых площадках, огражденных бетонными стенками, до тех пор, пока он не достигнет такой консистенции, когда его можно будет грузить лопатой. Перемещающийся по направляющим рельсам многоковшовый экскаватор захватывает большие порции высушенного ила и переправляет их с помощью транспортера на транспортные средства. Далее высушенный ил после компостирования может быть использован в сельском хозяйстве.
Осмотр очистной станции завершается посещением производственного здания, в котором находятся щит управления, лаборатория, а также ряд администра-тивно-бытовых помещений. Наличие автоматизации и дистанционного управления всеми процессами на очистной станции требует создания центрального пункта управления, имеющегося в настоящее время на каждом промышленном предприятии. Наряду с управлением производственно-техническим оборудованием большое значение имеет также осуществление контроля за ходом физико-химических и биохимических процессов. Производственная лаборатория на основе ежедневно проводимых анализов дает сведения о качестве поступающей и очищенной сточной воды, свойствах активного ила, составе сброженного осадка и выделяющихся при очистке газах. Оценка этих данных является важным условием надлежащего управления процессами очистки сточных вод и обработки осадка. Вряд ли стоит упоминать об имеющихся на очистной станции умывальных, гардеробных и общих помещениях, в которых для работающих на станции созданы все условия, отвечающие современным нормам гигиены. Мы прощаемся с сопровождавшим нас во время осмотра станции инженером, и ворота станции закрываются за нами. Это посещение заставило нас о многом задуматься. Какая же требуется инженерная подготовка и какие нужно иметь знания в области естественных наук, чтобы город мог быть уверен в том, что отводимые в канализацию загрязнения будут надлежащим образом обработаны! Мы должны быть благодарны рабочим, инженерам и лаборантам, которые день и ночь заботятся о том, чтобы наш город миновали эпидемии и другие, нежелательные явления, причиной которых может явиться неудовлетворительная очистка сточных вод.
Очистка сточных вод - Как очищают сточные воды в больших городах
Остались вопросы по теме - "Как очищают сточные воды в больших городах", задайте их на