Сточные воды от небольших населенных пунктов
Проблема отвода сточных вод от отдельных домов, расположенных в сельской местности, в значительной степени решается путем устройства очистных сооружений малой канализации, подробно описанных в предыдущей главе. Следует, однако, учитывать, что такие сооружения оставляют желать лучшего и их следует рассматривать лишь как вспомогательные, вынужденные средства очистки. Практика все больше показывает, что как только застраиваемая территория обретает жилой характер, владельцы земельных участков и, конечно, органы санитарного надзора требуют устройства очистных сооружений централизованной канализации. Это особенно характерно в тех случаях, когда приусадебные участки рассматриваются не только как место отдыха в выходные дни или на время отпуска, но и предназначены также для длительного проживания. В тех же условиях находятся многие жители сел и некоторых пригородных поселков. Однако вопрос устройства централизованных очистных сооружений в этих жилых районах не решается в зависимости от одного лишь желания жителей, по мнению которых канализование может быть осуществлено таким же путем, как и введение централизованных систем электро-, газо- и водоснабжения. Большинство из них, очевидно, не имеет представления о том, что работы по устройству канализационной системы являются гораздо более трудоемкими и связаны с большими финансовыми затратами по сравнению с работами по устройству прочих инженерных коммуникаций.
Из приведенных в государственном ежегоднике ГДР данных все же видно, что число жителей (в ), пользующихся канализацией, постоянно растет. В 1983 г., например, оно составляло 70,1. При этом следует учитывать, что подключение всех отдельно стоящих домов к канализационной сети практически нереально. Именно по экономическим причинам жилые дома, расположенные в стороне от жилых районов, даже в отдаленном будущем не смогут быть подключены к канализационной сети, поэтому стопроцентный охват жилого фонда канализационными системами никогда полностью не будет достигнут. Следует также помнить о том, что населенные пункты и поселки, которые в настоящее время предстоит канализовать, при незначительном числе жителей занимают сравнительно большую территорию. В этом случае канализационная сеть имеет гораздо большую длину, чем в случае подключения к канализации такого же числа жителей в больших, густонаселенных городах. По этой причине и затраты на строительство канализационной системы в расчете на каждого пользующегося канализацией жителя тем больше возрастают, чем меньше плотность населения. Хотя в наше время в крупных и средних городах в большинстве своем построены канализационные системы, тем не менее строительные затраты на подключение к этим системам жилых районов, пока еще не имеющих канализации, теперь гораздо больше, чем в свое время при строительстве внутригородских канализационных сетей. Даже применение современной строительной техники и прогрессивных методов строительства не может изменить положения, поскольку затраты, приходящиеся на каждого отдельного жителя, который пользуется канализацией, тем больше возрастают, чем больше площадь застройки. Планирование и проектирование наружных канализационных сетей для небольших населенных пунктов и пригородных районов именно вследствие высокой стоимости присоединения их к общей канализационной сети следует выполнять не менее тщательно, чем проектирование тех же систем в больших городах. С другой стороны, не следует также, руководствуясь соображениями ложной экономии, упрощать устройство поселковых канализационных сооружений по сравнению с городскими, поскольку жители поселков и небольших населенных пунктов в неменьшей степени имеют право на надлежащее санитарно-техническое обслуживание. Все крупные мероприятия по строительству такого рода сооружений следует планировать в соответствии с утверждаемым планом застройки населенного пункта и, разумеется, с учетом имеющихся материальных и финансовых ресурсов. Следует подчеркнуть, что строительство канализационных сооружений для небольших населенных пунктов является частью перспективной программы развития этих населенных пунктов и должно осуществляться поэтапно, по мере необходимости и исходя из имеющихся возможностей.
В чем же преимущества коммунальной поселковой канализации по сравнению с очистными канализационными сооружениями, строящимися на индивидуальных приусадебных участках? Вспомним, что было сказано об этом в первых главах книги. Устройство в больших городах центрального водоснабжения, туалетов со смывом, а также улучшение санитарных условий в жилищах привели к такому увеличению расхода сточных вод, что оказалось невозможным разместить все необходимые устройства на территории участков без больших осложнений. Единственным выходом из создавшегося положения явилось устройство системы наружной канализации с централизованными очистными сооружениями.
Отвод всех сточных вод с территории участка, при котором владельцу не приходится затрачивать личных усилий, несомненно, повышает жизненный комфорт. При подключении к канализационной сети отпадает необходимость выполнения обременительных и неприятных работ по удалению осадка, а также других работ по обслуживанию и ремонту малых очистных сооружений. Эти операции, как правило, выполняются владельцем участка, если он не прибегает к помощи соответствующих организаций. Уменьшается также опасность нарушений отвода воды вследствие засорения, заиливания и повреждений, которые на малых очистных сооружениях возникают гораздо чаще, чем на крупных. Устройство системы канализации обычно ведет к понижению уровня грунтовых вод, что также является положительным фактором, так как уменьшает неприятности, связанные с затоплением подвальных помещений. Там, где благодаря наличию канализационной системы отводятся также дождевые воды, улицы и тротуары находятся в любое время года в лучшем состоянии, чем при ее отсутствии. Устройство дорожных покрытий практически возможно лишь после прокладки коллектора дождевой или общесплавной канализации. Однако основное преимущество централизованной канализации населенных мест состоит в том, что она полностью отвечает санитарным требованиям, обеспечивая быстрый отвод с территории участков всех загрязнений, а вместе с ними возбудителей заразных болезней в закрытую подземную систему трубопроводов, по которым загрязненные воды направляются на очистные канализационные сооружения. Возможность контакта с такими загрязнениями и связанная с этим опасность заражения, вызываемая наличием в сточных водах болезнетворных микробов, полностью исключена. Можно было бы возразить против этих бесспорных преимуществ централизованной поселковой канализации, мотивируя тем, что в этом случае отпадает возможность использования содержащихся в сточных водах веществ в качестве удобрения на садовых участках. Но такое возражение несостоятельно, поскольку для полива садовых культур удобнее и надежнее использовать воду из централизованной системы водоснабжения. Не следует также переоценивать значение содержащихся в сточных водах питательных веществ, используемых в качестве удобрения. Основные питательные вещества, важные для роста растений, содержатся в сточных водах не в таком количестве, чтобы их нельзя было заменить незначительным количеством минеральных или других удобрений. Наконец, для компостирования помимо осадка сточных вод могут использоваться многие другие органические вещества, так что внесение пзрегноя в почву возможно даже при полном отведении сточных вод через централизованную канализацию. Итак, преимущества централизованной канализации очевидны, и поэтому утверждение о том, что очистные сооружений, применяемые для садовых участков, являются лишь вынужденным решением, вполне справедливо. Проследим на примере небольшого населенного пункта за тем, какой путь проделывают сточные воды от места их образования до очистного сооружения.
Бытовые и производственные сточные воды, а во многих случаях также и атмосферные, выпадающие на участке, отводятся через домовую и дворовую канализацию. При этом следует различать два разных способа отвода сточных вод. Во-первых, все образующиеся сточные воды, в том числе и атмосферные, можно собирать в одну систему трубопроводов. Во-вторых, сточные воды можно разделить по видам. При этом бытовые и производственные сточные воды подводятся к одной системе, а атмосферные воды—к другой. Такие системы канализования сточных вод называются соответственно общесплавной и раздельной системами канализации. И в том, и в Другом случае имеются свои преимущества и недостатки. На первый взгляд кажется, что общесплавная система канализации значительно дешевле, так как в Данном случае предусматривается прокладка только одного трубопровода, тогда как при раздельной системе канализации требуется прокладка двух трубопроводов. Однако это не совсем так, ибо в случае применения общесплавной системы дождевые воды проделывают до очистных сооружений канализации тот же путь, что и производственно-бытовые. При раздельной же системе канализации, наоборот, имеется возможность полностью отводить сравнительно чистые атмосферные воды кратчайшим путем в водоем. Часто ограничиваются частичным устройством ливневой канализации или вообще предусматривают сеть ливневой канализации несколько позже, после мощения улиц населенного пункта. Коллекторы дождевой канализации укладываются на меньшей глубине по сравнению с трубопроводами производственно-бытовых сточных вод, так что объем земляных работ при их прокладке значительно меньше. Наконец, для отвода атмосферных вод могут применяться трубы -из более дешевого материала, поскольку атмосферные воды не оказывают такого агрессивного воздействия на материал труб, какое отмечается у производственно-бытовых сточных вод вследствие их способности разлагаться и наличия в них агрессивных веществ. Если принять во внимание все эти факторы, то окажется, что раздельная система канализации не намного дороже общесплавной, а поскольку она обладает еще рядом преимуществ при эксплуатации, то сейчас при устройстве канализационных сетей чаще предпочтение отдается раздельной системе канализации.
Рассмотрим несколько подробнее отвод сточных вод из здания и с территории участка, на котором оно расположено. Все знают, что под «водопроводным краном» имеется устройство для приема стекающей воды. В большинстве случаев это кухонная раковина. (Между прочим, следует внести небольшую поправку в название «водопроводный кран», ибо, с технической точки зрения, о‘н вовсе не является краном, а представляет собой вентиль, имеющий совершенно другую конструкцию. Настоящим краном в этом смысле является газовый кран, закрываемый или открываемый путем его поворота на одну четверть). Сточные воды образуются в местах стока под раковиной на кухне, спуска из ванных, туалета и т. д. Во всех местах спуска загрязненных сточных вод до подключения к стоякам, проходящим в здании преимущественно вертикально, следует устраивать сифоны. Это водные затворы, выполненные в виде сильно изогнутой или погружной трубы. Они препятствуют прониканию газов из канализационной системы в жилые помещения. Лишь стояки для отвода атмосферных вод не требуют устройства сифонов. Для всех труб сани-тарно-технического оборудования здания предусматриваются определенные минимальные диаметры, которые следует обязательно соблюдать во избежание возможных засорений систем. Эти размеры указаны в стандарте TGL 10698 «Инженерное оборудование зданий для отвода сточных вод», в котором содержатся также все прочие указания по устройству системы канализации приусадебных участков.
Стояки подключаются к основным трубопроводам, имеющим уклон примерно 1:50. Стояки следует выводить выше крыши здания, тем самым обеспечив беспрепятственное удаление канализационных газов. До подключения к основному трубопроводу в горизонтальных трубопроводах и стояках следует устанавливать ревизии или прочистки. Ревизии и прочистки имеют плотно закрываемое крышкой отверстие, которое используется в случае очистки трубопроводов для устранения засорения, Застревающие материалы, в особенности кусочки текстиля, при скоплении их в местах изгибов труб могут привести к полной закупорке последних. В большинстве случаев такое засорение устраняют с помощью гибкой стальной проволоки, вводимой в трубопровод выше места засорения. Если засорение образовалось в месте стока, его устраняют с помощью резиновой мембраны, которая устанавливается над отверстием стока, наполненного водой. Многократно нажимая на нее с помощью деревянной ручки, создают гидростатическое давление, под воздействием которого образовавшиеся пробки проталкиваются в более широкие трубы, тем самым вновь обеспечивая беспрепятственный сток воды. Ревизии и прочистки следует устраивать с учетом возможного к ним доступа. На основном трубопроводе их ставят через каждые 20 м и перед каждым стояком и отступом. Одну такую ревизию следует установить вблизи границ приусадебного участка, на расстоянии не более 15 м от уличной канализации. Если труба с ревизией проложена вне здания, то для доступа к ней устраивается специальный колодец. Помимо стояков для бытовых сточных вод в здании прокладываются водосточные трубы, служащие для отвода дождевых сточных вод с крыши, балконов, лоджий. Они могут быть расположены внутри или снаружи зданий. Дождевая вода не должна попадать в стояки для отвода бытовых сточных вод. При раздельной системе канализации домовые выпуски следует устраивать отдельно для бытовых и дождевых вод.
Теперь несколько слов о материале труб, используемых в санитарно-техническом оборудовании здания. Раньше почти повсеместно применялись чугунные трубы, которые вместе с раструбными фасонными частями составляли основную часть канализационных трубопроводов. Сейчас же наряду с ними применяются керамические, бетонные, асбестоцемент-ные и пластмассовые трубы, которые в значительной степени вытеснили чугунные трубопроводы. Для водосточных желобов и водосточных труб раньше, как правило, применялось оцинкованное железо. Теперь же вместо него широко применяются пластмассы, алюминий и Другие материалы.
Для приема сточных вод с участков жилой застройки уличный канализационный коллектор должен располагаться на такой глубине, чтобы вода могла стекать в него самотеком под уклон. Мы уже упоминали ° том, что домовый выпуск должен иметь Уклон 1:50, и, таким образом, на участок трубы длиной 50 м приходится разность высот 1 м. Поскольку сейчас в поселках и небольших населенных пунктах многие здания располагают за линией застройки, приходится предусматривать более протяженные домовые выпуски, которые в этом случае требуют большего перепада высот. Для подключения самотеком к уличной канализационной сети как можно большего числа зданий — о вариантах решений, принимаемых в особых случаях, мы поговорим в следующей главе — канализационный коллектор следует располагать по возможности глубже. Разумеется, существуют определенные пределы глубины заложения, поскольку стоимость строительных работ по устройству коллекторов определяется главным образом количеством вынутого грунта и объемом работ по креплению стенок траншей. Нередко также бывают случаи, когда канализационный коллектор при определенной глубине располагается в грунтовых водах. В этом случае затраты на строительство еще больше возрастают, поскольку приходится выполнять дополнительные работы по понижению уровня грунтовых вод. Даже тогда, когда трудно определить минимальную глубину заложения уличного канализационного коллектора, можно с уверенностью сказать, что он всегда располагается глубже остальных подземных коммуникаций, например водопроводных и газопроводных труб, электрокабелей, телефонных кабелей. В то время как другие коммуникации прокладываются с учетом рельефа местности—на некоторых участках они могут располагаться даже с подъемом,—канализационный коллектор всегда прокладывают с уклоном. Поэтому работы по составлению проектной документации на строительство канализации для населенных пунктов включают выполнение тщательной вертикальной топографической съемки территории населенного пункта.
Канализационную сеть, будь это сеть небольшого населенного пункта или разветвленная сеть крупного города, можно представить как естественную речную систему, где поверхностные водостоки сливаются в небольшие ручейки, которые, в свою очередь, впадают в более крупные; последние, соединяясь, образуют небольшие речушки, а затем и настоящие реки. При впадении этих рек в моря воды водостоков, ручьев и речек образуют общий сток. В зависимости от масштабов района, на территории которого они образовались (этот район обычно называют бассейном естественного стока), и от количества выпадающих над данным районом осадков этот общий сток может изменяться от нескольких сот или тысяч литров в секунду до огромных потоков воды, подобных р. Амазонке, самой полноводной реке земного шара. В канализации существует также понятие бассейна кана-лизования, под которым подразумевается сбор производственно-бытовых или атмосферных сточных вод в пределах определенного района застройки. Здесь также количество стекающих вод зависит от размеров территории района и от количества выпадающих осадков. Суммирование отдельных притоков разветвленной в местах сброса канализационной сети, где небольшие по размерам трубопроводы соединяются с более крупными, является непременным условием при проектировании канализационной системы. Если мы в качестве примера для сравнения с нашей канализационной сетью привели речную систему, естественно, следует отметить различие между ними: канализационные коллекторы в противоположность проточным водоемам скрыты под землей и проложены в .основном вдоль улиц населенных пунктов. О существовании такой системы напоминают лишь крышки смотровых колодцев или уличные дождеприемники в случае отвода атмосферных вод. Поскольку мы заговорили о смотровых колодцах, познакомимся с ними поближе. Смотровые колодцы являются неотъемлемой частью любой канализационной системы, так как выполняют множество различных функций. Они предназначены не только для периодической проверки канализационного коллектора. По истечении какого-то периода времени на дне коллектора отлагается большое количество песка и других тяжелых материалов, постепенно суживающих сечение коллектора. Лишь в отдельных случаях, когда, например, уклон коллектора и скорость течения в нем настолько велики, что оседающие вещества постоянно уносятся потоком воды, можно избежать его прочистки. Однако, как правило, через каждые несколько месяцев следует производить основательную прочистку трубопроводов с помощью специальных приспособлений. В настоящее время такую прочистку выполняют самыми различными способами. В каждом отдельном случае специалисты, выполняющие эту работу, должны иметь удобный доступ к коллекторам через смотровой колодец для введения в них специальных приспособлений для прочистки. Такими приспособлениями являются, например, механические щетки, прикрепленные к ручной или механической канатной лебедке. Они протягиваются по коллектору из одного колодца в другой. Прочистку коллекторов с целью удаления отложений можно производить также и другими способами, например путем промывки. Для этой цели используют, во-первых, сами сточные воды, которые задерживаются путем создания временного подпора, а затем мощным потоком пропускаются через коллектор. Такой подпор можно создать также с помощью специального устройства в виде шара или цилиндра, пропускаемого через канализационную систему. Шар перекрывает верхнюю часть трубы, оставляя свободным лоток, где скопились отложения. Под воздействием создавшегося напора воды шар продвигается по каналу, а вода протекает под ним через суженное сечение с повышенной скоростью. В результате этого отложения размываются и выносятся впереди шара.
При другом способе промывки каналов используют свежую воду, нагнетаемую в каналы из гидрантов коммунальной водопроводной сети или из автоцистерн с помощью насосов высокого давления.
В результате этих работ по промывке коллекторов нормальные функции последних возобновляются. Разумеется, бывают случаи закупорок уличной канализационной линии, при которых возникают подпор и обратный ток сточных вод, доходящий до жилых домов. Причиной его в большинстве случаев являются засорения, которые следует устранять методами, аналогичными применяемым при засорении санитарно-тех-нического оборудования зданий. Смотровые колодцы выполняют также и другие функции: они служат для создания приточно-вытяжной вентиляции канализационной системы. Вследствие разложения содержащихся в сточных водах органических веществ образуются газообразные продукты распада, скапливающиеся в канализационной сети.
Производственные сточные воды, протекая по подземным трубопроводам, иногда также выделяют газы. С другой стороны, поступление кислорода воздуха замедляет процессы брожения в канализационной системе. Поскольку в крышке смотрового колодца имеются отверстия, через которые может осуществляться воздухообмен, то они вместе с вентиляционными трубами, выведенными в зданиях выше кровли (как продолжение стояков), служат как для удаления канализационных газов, так и для проветривания системы. Крышки смотровых колодцев должны быть достаточно прочными, так как им приходится выдерживать большие нагрузки от транспорта. Поэтому они в основном изготавливаются из чугуна или железобетона.
Расстояние между двумя смотровыми колодцами составляет примерно 50 м. При наличии частых поворотов расстояния между колодцами уменьшаются с тем, чтобы отрезки сети между колодцами были прямыми. При изменении уклона или увеличении поперечного сечения каналов в точке изменения также устраивают колодец. Колодцы устанавливают и в точках присоединения к главному коллектору боковых каналов. Бот почему, проходя по улицам, мы замечаем часто расположенные круглые крышки колодцев.
Кроме специалистов, выполняющих работы по осмотру и прочистке канализационных систем, мало кому приходилось заглядывать в такой колодец. Если бы мы это сделали, то увидели бы круглую, а иной раз и прямоугольную шахту, напоминающую колодец для грунтовых водозаборов, выполненную из бетона или клинкерного кирпича с укрепленными на стене металлическими скобами, предназначенными для спуска рабочих в колодец. В канализационной сети небольшого поселка количество сточных вод, проходящих через такой колодец, сравнительно невелико. Поэтому и диаметры трубопроводов также невелики и составляют всего 20 см (минимальный размер) или на 5—10 см больше, в отличие от некоторых коллекторов больших городов, по которым может свободно пройти человек. Небольшие по диаметру трубопроводы состоят большей частью из керамических труб. Эти трубы являются настолько долговечными, что могут находиться под землей более сотни лет, не требуя замены, несмотря на то, что производственно-бытовые воды отнюдь не безвредны для материала труб. Например, применяемый для труб бетон требует особенно тщательного приготовления и проведения некоторых дополнительных мероприятий, чтобы через несколько лет под воздействием загрязненной воды не произошло повреждения системы.
После того как сточная вода проделает путь от участка жилой застройки по уличным канализационным коллекторам до очистных сооружений, расположенных в пониженной части территории, она подвергается очистке, конечным результатом которой является вода речного качества’. При рассмотрении канализации населенного пункта нам приходится иметь дело с гораздо большими количествами сточных вод по сравнению с очистными сооружениями малой канализации, с которыми мы познакомились в предыдущей главе, так что легко предположить, что процесс очистки сточных вод населенного пункта требует применения более совершенных технических средств. Рассмотрим для примера очистные сооружения, которые можно было бы использовать применительно к канализации небольшого населенного пункта.
Сначала на очистных сооружениях удаляются грубые примеси, т. е. плавающие вещества и предметы, вызывающие засорение, например кусочки дерева, текстиля, пробки, остатки фруктов, синтетических материалов и т. п. Это осуществляется довольно просто—путем установки на пути движения сточных вод решетки, на стержнях которой и задерживаются отбросы. В зависимости от размера прозоров решетки через нее проходит большая или меньшая часть крупных частиц. Расстояние между стержнями решетки не должно быть слишком большим. Однако слишком малые про-зоры также нецелесообразны, так как в этом случае решетка быстро забивается отбросами. Поскольку на малых очистных сооружениях не всегда возможно предусматривать решетки с механической очисткой или устройства для дробления отбросов, то рабочему, обслуживающему очистные сооружения, несколько раз в течение дня приходится удалять задержанные решеткой отбросы граблями. Удаленные отбросы лучше всего закапывать в землю с добавкой в них хлорной извести.
Затем из сточных вод удаляют тяжелые минеральные примеси, главным образом песок, который перемещается вместе со сточными водами до тех пор, пока скорость течения настолько велика, что твердые песчинки могут уноситься вместе с водой. При уменьшении скорости течения происходит оседание на дно сначала крупных, а затем и мелких частиц песка. Этот процесс легко проследить на примере ручья. На тех участках, где течение быстрое, например там, где вода стекает по крутому склону, на дне ручья можно заметить исключительно крупный галечник. Далее на участках, где уклон становится меньше, на дне обнаруживаются гладкие мелкие камешки и, наконец, на ровных участках дно ручья целиком состоит из песка. При очень медленном течении воды на дне отлагается также ил. Песколовка, устраиваемая на очистных сооружениях, должна задерживать песок, не допуская в то же время образования отложений взвеси. Поэтому скорость течения должна быть не слишком большой и в то же время не слишком малой. Она должна составлять примерно 30 см/с, так как в этом случае из сточной воды выпадает только песок. Этот процесс осуществляется в продольных каналах, устроенных таким образом, что в них постоянно поддерживается необходимая скорость течения. В малых установках прокладывают по крайней мере два расположенных рядом канала, с тем, чтобы один из них можно было выключать на время прочистки. Для сушки песка используются специальные площадки. Очищенные от крупных отбросов и песка сточные воды содержат еще большое количество загрязнений, поскольку с помощью решетки их задерживается всего лишь 5%. Если скорость течения сточных вод будет еще меньше, чем при прохождении через песколовку, то можно добиться осаждения взвешенных веществ. В этом случае необходимо иметь достаточно большие резервуары или каналы, чтобы обеспечить протекание по ним воды в течение 1—2 ч от места впуска до места выпуска из резервуара. В течение этого времени на дне резервуара отлагаются практически все способные оседать частицы взвешенных веществ. Теперь предстоит либо сдвинуть массу отложившегося осадка с помощью механических приспособлений в одно место и затем выпустить его, либо дать возможность осадку попасть через продольные щели в отстойном желобе, как это предусмотрено в двухъярусных отстойниках, в расположенную под желобами иловую камеру. Как мы видим, задержание осадка может производиться в резервуарах различной конструкции. Путем выделения из сточных вод взвешенных веществ, состоящих большей частью из способных к разложению органических веществ, можно добиться степени очистки сточных вод, равной 30% максимально возможной. Большего даже с помощью более крупных отстойников добиться не удается. Однако такой очистки в большинстве случаев бывает недостаточно для того, чтобы можно было отвести сточные воды в водоемы, и поэтому неосевшие загрязнения должны быть удалены на последующей стадии очистки.
Наилучший результат дают биологические методы очистки. Наглядное представление о них мы получили, знакомясь с процессами самоочищения водоемов и разложения органических веществ в населенной живыми организмами почве. Техника использует естественные процессы, совершающиеся в природе, ускоряя их с помощью различных вспомогательных средств, повышая их эффективность или в некоторой степени замедляя их. Таким образом, все методы биологической очистки являются как бы повторением соответствующих естественных процессов, происходящих в природе. Распад загрязнений в водной среде или в населенной живыми организмами почве является частью круговорота органических веществ. Процессы, совершающиеся при очистке сточных вод, по сравнению с технологическими процессами какого-либо производства кажутся на первый взгляд менее сложными. Однако в настоящее время мы имеем лишь частичное представление о закономерностях естественных процессов, происходящих в природе. Поэтому управление биологическими процессами, происходящими в очистных сооружениях, пока что не достигло такой степени точности, которая свойственна управлению современными производственными процессами. Тем не менее сточные воды возможно очищать в любых желаемых пределах, причем эти пределы определяются только тех-нико-экономической целесообразностью. В канализационной технике различают естественный и искусственный методы биологической очистки. Такое разделение является в какой-то мере произвольным, поскольку биологические процессы всегда являются естественными процессами. Разница между ними состоит лишь в степени применения при очистке сточных вод тех или иных технических средств. Можно также сказать, что искусственные методы очистки предусматриваются на небольших по площади сооружениях (интенсивные методы), тогда как естественные методы очистки находят применение на больших площадях (экстенсивные методы). К естественным методам очистки относят в первую очередь использование полей орошения, а также биологических и рыбоводных прудов, принимающих сточные воды. При искусственной биологической очистке применяются способы очистки сточных вод в биофильтрах и с помощью активного ила, с которыми мы в дальнейшем еще познакомимся подробно. Кроме того, следует упомянуть о том, что имеются также и определенные химические методы обработки сточных вод, занимающие промежуточное положение между простыми механическими методами удаления взвешенных веществ и биологическими процессами. При добавлении к сточной воде определенных химических веществ происходит коагуляция тонкой взвеси, в результате чего она удаляется при отстаивании. Однако коагуляция редко применяется при очистке бытовых сточных вод и несколько чаще—для обработки производственных стоков. Указанными методами, разумеется, не исчерпываются все возможности очистки сточных вод. Существует еще много других методов, в большей или меньшей степени отличающихся друг от друга. Здесь нам хотелось бы рассмотреть не столько особенности, сколько общие черты, присущие всем этим методам, поэтому мы ограничимся рассмотрением лишь некоторых, наиболее важных из них. В этой связи нас интересует, каким образом осуществляется дальнейшая биологическая очистка отводимых от небольшого населенного пункта сточных вод после удаления из них на очистных сооружениях отбросов, песка и взвешенных веществ.
Раньше для этих целей устраивали поля орошения. Этот метод практиковался в течение многих десятилетий. В прошлом веке обширные территории вблизи больших городов отводились под поля орошения. Известны, например, берлинские поля орошения, которые в период их интенсивного развития занимали в общей сложности территорию более 10 000 га. В настоящее время их заменили современные крупные очистные сооружения. Тем не менее во многих сельских районах такие поля орошения все еще эксплуатируются. Очистка сточных вод путем устройства полей орошения получила распространение не только благодаря своей эффективности, но и в связи с тем, что она способствовала резкому повышению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно на легких почвах. К недостаткам этого метода следует отнести распространение на прилегающей территории неприятного запаха, а также опасность заражения людей и животных. Да и работа, которую приходится выполнять полевым рабочим, также малоприятна. Используемые для сельскохозяйственных целей поля разделяют на отдельные карты (спланированные прямоугольные участки земли, поочередно орошаемые сточными водами). Эти карты не должны быть слишком большими, чтобы вода могла равномерно распределяться по всей площади участка. Лучше всего делать карты площадью примерно 0,25 га. Территория, на которой разбивают карты, должна иметь ровный рельеф или небольшой уклон. По периметру каждой такой карты устраивают земляные валики. По открытым бороздам или трубопроводам предварительно очищенные от взвешенных веществ сточные воды подводятся к картам. Открыв щитовой затвор, производят полив определенного участка. При наличии горизонтальных карт в этом случае создается временный избыточный подпор. Однако вскоре вода просачивается в почву, и поверхность карты вновь становится сухой. Так же выполняется полив карт, имеющих уклон. В этом случае вода всегда подводится с возвышенной стороны. Она медленно стекает по поверхности участка, впитываясь в почву. Оба эти способа соответственно носят названия орошения затоплением и орошения по склону. При выращивании на орошаемых картах сельскохозяйственных культур количество ежегодно расходуемых на полив сточных вод не должно быть очень большим, так как излишне частый полив отрицательно сказывается на росте растений. При выращивании пропашных культур количество воды для полива принимается равным или вдвое превышающим количество годовых осадков. Для луговых земель расчетное количество сточных вод может превышать количество выпадающих .осадков в 5—10 раз. При комбинированном выращивании сельскохозяйственных культур количество сточных вод на полив превышает количество осадков в 3—4 раза. В пересчете на количество пользующихся канализационной системой жителей получим, что это примерно соответствует количеству сточных вод от 200 жителей на 1 га земледельческих полей и от 500—1000 жителей на 1 га луговых земель. При наличии легких грунтов, хорошо впитывающих влагу, количество сточных вод для полива можно увеличивать.
Большое значение для полей орошения имеет дренирование каждого участка. Сточные воды, которые поступают на поля орошения, растениями поглощаются не полностью. Чтобы не происходило вредного переувлажнения участков полей, значительная часть воды после просачивания через верхние слои почвы должна удаляться в нижние слои грунта. Для этого укладывают дрены на глубину от 1,25 до 1,5 м на расстоянии 4—6 м друг от друга.
Анализом воды, стекающей по дренам, можно установить, что находившиеся в сточной воде загрязнения исчезли. Поэтому воду из дренажных трубопроводов можно без каких-либо опасений отводить в водоем. Такая очистка сточных вод объясняется жизнедеятельностью организмов, находящихся в почве, которые потребляют в качестве питания органические загрязнения и тем самым удаляют их из сточных вод. Поскольку жизнедеятельность этих находящихся в земле организмов зависит от наличия кислорода воздуха, то насыщение почвы влагой и последующее ее высыхание имеют большое значение, так как при чередовании этих процессов происходит проветривание заселенной живыми организмами почвы.
Аналогичная очистка происходит и в том случае, когда поверхность почвы не засевается и остается полностью свободной от растительности. При этом решающим фактором для удаления из сточных вод загрязнений служат не произрастающие в верхних слоях почвы растения, а находящиеся в земле живые организмы. Такие необрабатываемые земли называют _ полями фильтрации. Поскольку в этом случае нет надобности в интересах сельского хозяйства ограничивать количество сточных вод, используемых для орошения, на эти поля можно подавать гораздо больше воды. Нагрузка на поля фильтрации может примерно в 10 раз превышать обычную нагрузку на поля орошения, т. е. для полей фильтрации требуется лишь 0,1 часть территории, отводимой под поля орошения, чтобы принять такое же количество сточных вод, предназначенных для очистки. Разумеется, для таких высоконагружаемых полей фильтрации также следует оборудовать дренажную систему. Главным условием успешного применения этого метода очистки сточных вод является хорошая фильтрующая способность почвы. Итак, мы познакомились с двумя методами почвенной биологической очистки сточных вод: с полями орошения и полями фильтрации. Эти методы вполне применимы для очистки сточных вод небольших населенных пунктов. Система очистных сооружений в совокупности с почвенной очисткой сточных вод не может быть применена, если необходимо обеспечить постоянную производительность этих сооружений. Сейчас благодаря развитию канализационной техники наряду с естественными методами биологической очистки разработаны также так называемые методы искусственной биологической очистки (комбинированные методы). Эти методы основаны на процессах, аналогичных тем, которые происходят в природе. Однако с помощью соответствующей техники эффективность этих процессов значительно повышается. На основе почвенной фильтрации разработан метод очистки сточных вод с помощью биофильтра. Мы уже говорили о том, что эффективность почвенной фильтрации тем выше, чем выше пропускная способность грунта. Однако способность грунта пропускать воду зависит от его зернистости. Поэтому гравийный грунт лучше пропускает воду, чем песчаный. Это объясняется тем, что в гравийном грунте между крупными фракциями имеются большие поровые пространства. Если из такого крупнозернистого грунта сделать искусственный фильтрующий слой, то его водопропускная способность будет особенно высокой. В верхней части биофильтра располагаются слои, состоящие из крупных кусочков шлака, обломочных пород и других аналогичных материалов. Высота такого биофильтра составляет несколько метров. Сточная вода с помощью специальных разбрызгивателей распределяется по поверхности биофильтра и через промежутки, имеющиеся в фильтрующем материале, просачивается вниз. Через некоторое время на фильтрующем материале образуется студнеобразная пленка, густо заселенная микроорганизмами. Их очистная работа заключается в том, что они как бы «съедают» загрязнения, приносимые сточной водой. При этом на дно биофильтра стекает очищенная сточная вода. Так как частички пленки, в особенности омертвевшей, уносятся водой, вслед за биофильтром располагают вторичные отстойники. Биологическая пленка в этих отстойниках при медленном течении воды оседает. В некоторых случаях для ускорения смыва пленки часть очищенной сточной воды с помощью насосов вновь подается из вторичных отстойников на биофильтры. Это необходимо делать в тех случаях, когда нагрузка на биофильтр очень сильно возрастает. При этом происходит быстрое обрастание фильтрующего материала вследствие непрерывного роста микроорганизмов, и в какой-то момент может произойти засорение фильтра. В высоконагружаемом фильтре (с рециркуляцией путем обратной перекачки) каждый кубический метр фильтрующего материала очищает в сутки сточные воды от 10 жителей. Биологические процессы разложения происходят в биофильтре в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Поэтому внутрь биофильтра должен поступать кислород воздуха. Это лучше всего достигается путем устройства биофильтров на поверхности земли. Большинство биофильтров имеют круглую в плане форму и снабжены ограждающей стеной из кирпича. Воздух поступает в биофильтр естественным путем через открытую поверхность фильтрующей загрузки. В днище биофильтра имеются многочисленные отверстия, благодаря чему внутри биофильтра происходит постоянное движение воздуха. В круглых биофильтрах сточная вода распределяется по поверхности биофильтра вращающимися разбрызгивателями. Вода вытекает из дырчатых труб, вращающихся близко к поверхности фильтрующей загрузки, и стекает вниз. Как правило, биофильтры имеют высоту от 2 до 4 м. Очистные канализационные сооружения с биофильтром состоят из системы сооружений предварительной механической очистки (решетка, песколовка, отстойник) и биологической очистки (биофильтры и вторичные отстойники). В большинстве случаев в состав сооружений входит насосная установка. Однако мы еще не сказали о том, что происходит с биопленкой, остающейся в отстойнике. Примем, что в нашем очистном сооружении имеется двухъярусный отстойник, оборудованный для сбраживания осадка. При этом отстойник состоит из корытообразного отстойного желоба, в днище которого имеется продольная щель. Под этим желобом расположена большая иловая камера, куда попадает проваливающийся сквозь продольную щель осадок и где он накапливается в течение недели или даже месяца. В иловой камере совершаются уже знакомые нам процессы разложения, с которыми мы встречались при рассмотрении септиков. Под влиянием гнилостных бактерий осадок постепенно сбраживается. Содержимое иловой камеры является более концентрированным по сравнению с содержимым септика, вследствие чего происходит более интенсивное выделение газов. Поэтому еще с давних пор стали собирать образующийся при подобных процессах метан и использовать его высокую теплоту сгорания. Перегнивший ил постепенно выпускается на иловые площадки, где высушивается до такой степени, что не стекает с лопаты. После компостирования он используется в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
Комплекс очистных сооружений с биофильтрами включает, как мы в этом убедились, целый ряд отдельных устройств, так что его нельзя считать простым. Поэтому делалось много попыток разработать для небольших населенных пунктов методы, при которых с помощью несложного оборудования можно было бы добиться нужной степени очистки сточных вод. Метод сбраживания, дающий хорошие результаты при малом количестве сточных вод, для обработки их значительного количества оказывается неприемлемым, ибо стоимость строительства при этом слишком возрастает из-за увеличения объема сооружения для длительного пребывания воды в резервуаре, а также вследствие увеличения количества выделяющихся газов и распространения запахов в недопустимых пределах. Вместо этого следует применять такие биологические процессы, которые при участии кислорода воздуха значительно быстрее обеспечивают эффективную очистку сточных вод и не связаны с загрязнением окружающей среды.
Ряд биологических методов очистки сточных вод основан на процессах, аналогичных тем, которые совершаются при уже знакомом нам самоочищении водоемов. Простейшими сооружениями подобного рода являются биологические пруды или каналы. Вследствие участия кислорода в процессах очистки их также называют окислительными прудами и каналами. Более сложным, но и более эффективным является метод очистки сточных вод активным илом, с которым мы подробно ознакомимся в следующей главе. Имеется еще ряд решений для очистки сточных вод активным илом (циркуляционные каналы, малые аэрационные установки), обеспечивающих большую производительность и лучшую эксплуатационную надежность по сравнению с более простыми методами или же являющихся более дешевыми и простыми по сравнению с более совершенными в техническом отношении решениями. Подобно тому как поля фильтрации являются прототипом искусственных биофильтров, так и биологические пруды можно рассматривать как простейшие сооружения для очистки сточных вод активным илом. Если оставить на какое-то время налитую в неглубокий резервуар сточную воду, то в ней произойдет разложение органических загрязнений, вызванное деятельностью находящихся в ней микроорганизмов. Поскольку такое разложение постоянно происходит в ограниченном пространстве, то при этом соблюдаются все присущие биологическому процессу признаки. Вследствие простоты устройства биологические пруды относят к естественным биологическим методам очистки сточных вод.
В биологических прудах бактерии и другие организмы перерабатывают органические вещества, находящиеся в сточных водах, превращая их в простые минеральные соединения. Произрастающие в прудах водоросли, как и все растения, обладают способностью под воздействием солнечного света выделять кислород. Это имеет большое значение для насыщенности биологических прудов кислородом.
Наряду с этим в воде растворяется кислород, поглощаемый водной поверхностью. В зимнее время под ледяным покровом прудов, разумеется, приостанавливается жизнедеятельность водорослей. Таким образом, в это время года прекращается выделение растениями кислорода, а поскольку через ледяной покров пруда в воду не поступает кислород, начинается гниение содержимого биологического пруда. Снаружи этот процесс не очень заметен, поскольку происходит он под толщей льда. Весной же, при таянии льда, загнивающее содержимое биологического пруда испаряется до тех пор, пока в нем не возобновятся активные биологические процессы, протекающие во время роста водорослей. Поэтому весеннее время года является критическим периодом для эксплуатации прудов. Хотя в случае биологических прудов речь идет о самых простых водорослях, систематические исследования их роли были проведены лишь недавно. Как и при использовании других биологических методов, здесь необходимо предварительно удалять взвешенные вещества из сточных вод, пропуская последние через отстойник. Если не устраиваются бетонные резервуары, постоянно очищаемые от осадка, что сохраняет воду свежей, остается лишь соорудить земляной резервуар, в котором осевший на дно осадок может храниться длительное время и из которого его эпизодически удаляют. Однако вследствие начинающегося гниения осадка от таких резервуаров распространяется неприятный запах.
Биологические пруды, площадь водной поверхности которых составляет около 1 га, рассчитываются на прием сточных вод от 500—2000 жителей. Глубину воды в биологических прудах принимают от 0,6 до 1,5 м. При постоянном наличии в воде пруда растворенного кислорода пруд можно использовать для разведения рыбы. Лучше всего в этом случае разводить карповых рыб.
Теперь рассмотрим еще одно простое сооружение для биологической очистки сточных вод — циркуляционные окислительные каналы. В то время как в биологические пруды кислород, необходимый для жизнедеятельности микроорганизмов, поступает через водную поверхность или в результате жизнедеятельности низших растений, в окислительные каналы его приходится подавать искусственным путем, с помощью аэрацион-ного оборудования. Этот процесс осуществляется с помощью роторного аэратора, снабженного металлическими щетками. При вращении на водной поверхности они постоянно нагнетают воздух в сточную воду и, кроме того, приводят ее в движение. Окислительные каналы в плане напоминают автодром. Поступающая с одной стороны окислительного канала вода фактически должна совершать несколько оборотов, прежде чем она покинет канал с другого конца. Роторный аэратор, располагаемый поперек канала, придает массе воды большую скорость, заставляя ее постоянно циркулировать по замкнутому кругу. Сточная вода находится в канале в среднем в течение суток, а в некоторых случаях даже до пяти суток. Лоток для воды устраивают с покатыми стенками, которые могут выполняться из бетонных плит. Эти простые сооружения могут принимать сточные воды от 500— 1000 жителей, а для обслуживания большего числа жителей число каналов удваивают или утраивают. Даже такие простые сооружения, как окислительные каналы, не могут функционировать без обслуживания. Один только механический щеточный аэратор, приводимый в действие электродвигателем, требует определенного наблюдения и ухода. При использовании таких сооружений отпадает необходимость в предварительном отстаивании, так как водные организмы при длительном пребывании загрязненной воды в канале перерабатывают даже находящиеся в ней мельчайшие твердые загрязнения. Крупные загрязнения задерживают с помощью решетки до впуска сточных вод в окислительный канал. При таком способе очистки сточных вод часть взвешенных веществ, поступивших первоначально в сооружение из канализации, и образовавшегося хлопьевидного ила неизбежно уносится вместе с очищенной водой. Хотя большая часть этого ила глубоко минерализована в результате процессов разложения, т. е. переведена в вещества, не поддающиеся дальнейшему окислению, тем не менее этот ил представляет собой дополнительную нагрузку для водоемов, в которые он попадает. Этот недостаток простых окислительных каналов можно устранить, поместив между каналом и водоемом отстойник. Таким образом удается задержать эти остатки ила и улучшить качество воды, сбрасываемой в водоем. Ил не должен долго находиться во вторичном отстойнике, поскольку он все еще сохраняет способность к загниванию. Для этого выбирают либо двухъярусные отстойники, давая возможность илу перегнивать в расположенной внизу иловой камере, либо сооружают воронкообразный отстойник, из которого ежедневно выпускают ил на специальную площадку, где его подсушивают. В последнем варианте обработки ила не исключается возможность выделения неприятного запаха, зато снижается стоимость строительства сооружения.
С устройством вторичного отстойника процесс очистки усложняется, однако качество ее улучшается. Всем давно известно, что при повышении эффективности очистки сточных вод возрастают и эксплуатационные затраты, так как и при очистке воды невозможен «перпетуум мобиле». Однако можно сказать иначе: более высокие строительные и эксплуатационные затраты всегда выражаются в более эффективной очистке, поскольку в этом случае в техническом отношении сооружение спроектировано лучше. Касаясь экономической стороны очистки сточной воды, хочется отметить следующее. Относительные затраты на очистку 1 м3 воды снижаются при увеличении размеров сооружения. Таким образом, очистка сточных вод в 10 установках, каждая из которых пропускает ежесуточно по 100 м3 сточных вод, обходится гораздо дороже, чем в одном сооружении, пропускающем такое же количество воды (1000 м3). Поэтому при канализовании территории бассейна водного источника стараются сразу строить крупные сооружения, так как в этом случае при меньших затратах обиваются максимального улучшения чистоты водоема.
Однако вернемся вновь к нашим малым очистным сооружениям. Окислительные каналы, как мы в этом убедились, представляют собой простые сооружения, эффективность которых может быть повышена при их работе в комплексе со вторичными отстойниками. Возникает мысль: а нельзя ли удаляемый из вторичного отстойника ил, состоящий главным образом из биологически активных хлопьев, многократно использовать в целях очистки? Для этого необходимо направить организмы, из которых состоит коагулированный ил, в аэрируемую часть сооружения, где они будут выполнять свои полезные функции по уничтожению загрязнений. Благодаря возврату биологически активного ила эффективность сооружения возрастает. Такая циркуляция активного ила легко достигается путем конструктивного соединения вторичного отстойника с аэрируемым резер-вуаром-аэротенком. Осевший ил через отверстие, предусмотренное в самом низу отстойника, возвращается самотеком в аэротенк и вновь принимает участие в процессе очистки. В этих случаях аэраци-онный резервуар и отстойник выполняют из бетона, а для очень малых сооружений может быть выбрана установка, предварительно смонтированная из листовой стали. При необходимости возврата активного ила в окислительный канал последний с помощью трубопровода и насоса можно соединить с отдельно стоящим вторичным отстойником. Таким образом, в принципе мы уже описали метод очистки, более подробно рассматриваемый в следующей главе,— метод очистки сточных вод активным илом. Этот же метод, как мы убедились, может успешно применяться и при очистке сточных вод в небольших населенных пунктах и, следовательно, является универсальным и эффективным методом очистки сточных вод.
Рассмотрим теперь в целом все возможные методы очистки сточных вод в небольших населенных пунктах. Прежде всего с помощью решеток из сточных вод удаляют крупные загрязнения. Затем из них выделяют песок, а с помощью отстойников осаждают находящиеся в них взвешенные вещества. Для дальнейшей очистки используются биологические процессы, аналогичные процессам, происходящим в населенной живыми организмами почве или в водоемах. При почвенной очистке сточных вод хорошо зарекомендовали себя поля орошения и поля фильтрации. По тому же принципу работают биологические фильтры. По аналогии с процессами, протекающими в самоочищающихся прудах и проточных водоемах, происходит очистка в биологических прудах, окислительных каналах и малых сооружениях с активным илом. Все эти методы при соответствующем обслуживании сооружений обеспечивают надлежащую очистку сточных вод, которые затем можно без каких-либо опасений сбрасывать в водоемы.
Очистка сточных вод - Сточные воды от небольших населенных пунктов
Остались вопросы по теме - "Сточные воды от небольших населенных пунктов", задайте их на