Обеззараживание бытовых сточных вод

Обеззараживание бытовых сточных вод. Задача третьего этапа очистки сточных вод — обеззараживания — состоит в уничтожении патогенных бактерий и вирусов, которые находятся или могут содержаться в сточных водах. Методы обеззараживания сточных вод делятся на две группы: реагентные и безреагентные или на химические, когда бактерицидное действие оказывают химические вещества, и физические, когда микроорганизмы гибнут вследствие действия физических факторов. К химическим (реагентным) методам относятся прежде всего хлорирование, как наиболее доступный, простой и надежный способ обеззараживания сточных вод, а к физическим (безреагентным) — озонирование и обработка сточных вод УФ-излучением, гидрокавитационное обеззараживание и др.

Удаление из сточных вод гетерогенных биодисперсий перед их выпуском в водоемы осуществляется обычно путем хлорирования. Проводя санитарную экспертизу проекта очистных сооружений канализации, врач-профилактик должен учитывать, что бытовые сточные воды и их смесь с промышленными необходимо обеззараживать после их механической и биологической очистки (см. СНиП 2.04.03-85). Обеззараживать следует хлором или натрия гипохло-ритом.

Если на очистных сооружениях предполагается раздельная механическая очистка бытовых и промышленных сточных вод с последующей их совместной биологической очисткой, то в этом случае обеззараживание бытовых сточных вод необходимо проводить после механической очистки с обязательным дехлорированием перед подачей на сооружения для биологической очистки.

Расчетная доза активного хлора после механической очистки сточных вод должна составлять 10 г/м5; после механической очистки с эффективностью отстаивания сточных вод свыше 70% и неполной биологической очистки — 5 г/м3; после полной биологической доочистки и физико-химической очистки сточных вод — 3 г/м3. Дозу активного хлора нужно уточнять во время эксплуатации, исходя из того, что количество остаточного хлора в обеззараженной воде после контакта должно составлять не менее 1,5 г/м3. Смешивание сточной воды с хлором должно происходить в смесителях любого типа: дырчатых, перегородчатых, ершовых, вихревых и пр. Продолжительность контакта активного хлора со сточной водой в контактном резервуаре или в отводных лотках и трубопроводах должна составлять 30 мин. Для обеззараживания сточных вод после биологических прудов следует предусматривать отсек для контакта сточной воды с активным хлором.

Контактные резервуары (на очистной канализационной станции их должно быть не менее двух) проектируют конструктивно подобными первичным отстойникам без скребков. Допускается предусматривать барботаж сточной воды сжатым воздухом при интенсивности аэрации 0,5 м3/м2 в 1 ч. Во время обеззараживания сточных вод в контактных резервуарах образуется осадок. При проведении санитарной экспертизы проекта очистных сооружений канализации необходимо учитывать, что количество осадка (с влажностью 98%) в контактных резервуарах, образуемого при хлорировании сточных вод после механической очистки, должно составлять 1,5 л на 1 м3 сточной воды. После хлорирования сточной воды, биологически очищенной в аэротенках и на биофильтрах, — 0,5 л осадка на 1 м3 сточной воды.

Хлорное хозяйство очистных сооружений должно обеспечивать возможность повышения расчетных доз хлора в 1,5 раза.

Из-за опасности образования в процессе хлорирования сточных вод токсических хлорорганических соединений, интенсивного загрязнения ими водоемов и угрозы вредного действия на организм населения внимание исследователей привлекают экологически чистые, безреагентные методы обеззараживания сточных вод.

Среди альтернативных хлорированию экологически чистых и эффективных методов обеззараживания сточных вод заслуживает внимания озонирование, УФ-излучение, электроимпульсная, радиационная обработка сточных вод, применение биоцидных полимеров. Но если остаточный озон в воде подлежит аналитическому контролю, то такой контроль при УФ-излучении, электроимпульсном и радиационном обеззараживании отсутствует. В связи с этим в двух последних случаях необходим ежедневный микробиологический контроль.

Применение УФ-излучения для обеззараживания сточных вод является перспективным благодаря разработке новых мощных источников излучения. Это ртутно-кварцевые лампы высокого давления типа ПРК и РКС (давление пара 400—800 мм рт. ст., температура оболочки — 250—300 °С). Также ртут-но-аргонные лампы низкого давления (давление пара 3—4 мм рт. ст., температура поверхности — 40 °С). На 1 Вт потребляемой энергии ртутно-кварцевые лампы дают выход бактерицидной энергии 0,033 Вт, ртутно-аргонные — 0,146 Вт.

Высокая эффективность обеззараживания сточных вод УФ-излучением (от бактерий группы кишечной палочки — в 104 раза, сапрофитных микроорганизмов — в 103 раза) достигается при дозе излучения 150 мДж/см2. Снижение общего количества микроорганизмов и количества бактерий группы кишечной палочки с 105 до 102 КОЕ/мл и с 104 до 2 КОЕ/мл соответственно наблюдалось даже при концентрации взвешенных веществ в обрабатываемой сточной воде от 5,5 до 16 мг/л.

В Институте технической теплофизики HAH Украины предложена экологически чистая технология безреагентного обеззараживания биологически очищенных бытовых сточных вод гидрокавитацией. Созданы суперкавитацион-ные аппараты (СК-аппараты) проточного и реакторного типов, которые могут быть применены на малых очистных канализационных станциях. Нами проведены натурные исследования с целью научного обоснования оптимальных технологических параметров работы СК-аппаратов. Впервые было установлено, что гидрокавитационная обработка сточных вод обеспечивает значительную эффективность их обеззараживания от санитарно-показательных бактерий и энтеровирусов. Способ является перспективным для применения на очистных канализационных сооружениях. Недостатком способа обеззараживания является отсутствие аналитического контроля эффективности процесса.

Доочистка (третичная очистка) бытовых сточных вод предусматривает удаление загрязнений, оставшихся в них после биологической очистки. Хотя доочистка и является четвертым этапом очистки, ее применяют сразу после биологической очистки перед обеззараживанием сточных вод. Третичную очистку осуществляют в сооружениях, в которых моделируются процессы самоочищения в почве или водоемах (табл. 28).

Доочистка сточных вод может осуществляться в естественной почве на больших или малых полях орошения или фильтрации (см. с. 302), также в водной среде на биологических прудах с высшими водяными растениями (см. с. 283). С этой целью могут использоваться фильтрационно-обогатительные сооружения: фильтрационно-обогатительные колодцы, фильтрационно-обогатительные траншеи, фильтрационно-обогатительные пруды, созданные кафедрой коммунальной гигиены и экологии человека Национального медицинского университета имени A. A. Богомольца совместно с Гипростроем и УкрНИИграждан-сельстроем для очистных сооружений малой канализации.

Фильтрационно-обогатительные сооружения. В последнее время в Украине, странах СНГ для очистки небольших объемов сточных вод созданы различные малогабаритные комбинированные очистные сооружения и их прототипы. При сбросе в поверхностные водоемы сточных вод, биологически очищенных на таких сооружениях, следует руководствоваться Правилами.

Однако на практике чаще всего возникают ситуации, когда в районе размещения очистной канализационной станции с малогабаритными комбинированными сооружениями водоемы или отсутствуют, или они далеко расположены. В таком случае отводить биологически очищенные сточные воды допускается в почву или в грунтовой поток путем устройства фильтрационно-обогатительных сооружений (ФОС): фильтрационно-обогатительных прудов (ФОП); фильтрационно-обогатительных колодцев (ФОК); фильтрационно-обогатительных траншей (ФОТ). Их применяют одновременно как сооружения для естественной доочистки (третичной очистки) сточных вод, так и с целью пополнения запасов подземных вод, что способствует естественному водообмену.

На земельном участке, где предполагается применение ФОС, должны отсутствовать деревья (на расстоянии не менее 7—8 м), так как они своей корневой системой разрушают конструкции сооружений. Участок не должен затопляться дождевыми и талыми водами. Размещение ФОС на земельном участке в свою очередь должно гарантировать отсутствие подтопления подвальных помещений жилых домов. Санитарно-защитные разрывы между очистными канализационными станциями с ФОС и жилыми домами должны составлять: для ФОП — не менее 50—100 м; для ФОТ — не менее 25—30 м; для ФОК — не менее 15—20 м.

Размеры санитарных разрывов между ФОС и местными водозаборными сооружениями грунтовых вод зависят от скорости и направления движения потока грунтовых вод. Их устанавливают учреждения санитарно-эпидемиологической службы в каждом отдельном случае с учетом местных условий. При скорости потока грунтовых вод, не превышающей 1 м/сут, и мощности водозабора, не более 10 м3/сут, эти величины должны соответствовать приведенным в табл. 29.

При мощности водозабора, превышающей 10 м3/сут, и скорости движения грунтового потока сыше 1 м в/сут величину санитарного разрыва между ФОС и местом водозабора рассчитывают по формуле Салтыкова—Белицкого, дополненной Е. И. Гончаруком (см. с. 97).

Водозаборные сооружения, забирающие воду из межпластовых хорошо защищенных водоносных горизонтов, можно размещать на расстоянии не менее 80—150 м от ФОС.

Биологически очищенные сточные воды подаются на ФОС самотеком или перекачиваются. Для этого применяют импровизированные насосные станции с использованием водопроводных насосов. Значительное число их модификаций дает возможность перекачивать любое количество очищенной сточной воды. Такие насосные станции разработаны также кафедрой коммунальной гигиены и экологии человека Национального медицинского университета вместе с УкрНИИграждансельстрой.

Фильтрационно-обогатительные пруды (ФОП) являются принципиально новым очистным комплексом, в котором сочетаются элементы медленных водопроводных фильтров, канализационных песчано-гравийных фильтров и биологических прудов для доочистки сточных вод. Сооружения применяют в песчаных или супесчаных почвах и при высоком уровне залегания грунтовых вод (свыше 1,5 м) на очистных станциях производительностью от 10 до 700 м3/сут. Инженерами в отрасли канализования населенных мест разработаны ФОП двух размеров — 20 х 20 м и 20 х 40 м (табл. 30).

Конструктивно ФОП состоят из нескольких секций фильтрационных и биологических прудов (рис. 63).

Первичная доочистка сточных вод на сооружениях после малогабаритных очистных установок или их прототипов достигается во время фильтрации через слой песка и песчаный (биологический) фильтр возле основания фильтрационных прудов, вторичная — в биологических прудах.

С целью уменьшения стоимости строительства ФОП сооружают с использованием преимущественно местных почв. Почвы с высокими фильтрационными свойствами укладывают возле основания фильтрационных прудов слоем 1—1,2 м. Почвы с меньшими фильтрационными свойствами используют для обвалования сооружения. Карьеры, образовавшиеся во время извлечения почвы, могут быть использованы как биологические пруды.

Под песчаным фильтром обязательно размещают дренаж для отведения фильтрата в биологические пруды. Если почвы хорошо проницаемые, воды из биологических прудов попадают в грунтовой поток.

При строительстве ФОП почву возле их основания удаляют и укладывают на наружные откосы дамб.

Ориентировочно (табл. 31) гидравлическая нагрузка на ФОП составляет до 250 л/м2 в супесках, 50 л/м2 — в песках или соответственно 2500 и 5000 м3 на 1 га поверхности водного зеркала в сутки.

Фильтрационно-обогатительные колодцы (ФОК) применяют для выпуска в почву или в грунтовой поток биологически очищенных сточных вод из компактных канализационных установок заводского изготовления при их производительности до 25 м3/сут. Сооружения могут быть рекомендованы для доочистки сточных вод в местностях, где имеется свободная территория с хорошо фильтрующими почвами, представленными песками, супесками, легкими суглинками, и возможность создать санитарно-защитные разрывы. Глубина залегания грунтовых вод на территории должна быть не менее 1,5 м от поверхности земли.

Конструктивно ФОК имеет вид круглой или прямоугольной шахты. Стенки его выкладывают кирпичом или бетоном. Дно должно быть открытым. На дно помещают фильтрующую загрузку (1м) из пенопласта, пеностекла, гравия, щебня. Сверху колодец перекрывают двойной съемной крышкой. Под перекрытием устанавливают вентиляционную трубу. К центру колодца подводят трубу, по которой подают на доочистку биологически очищенную сточную воду после компактной установки.

При применении ФОК в местностях с высоким уровнем залегания грунтовых вод (менее 1,5 м от поверхности земли) допускается устраивать их в насыпной почве. В этом случае биологически очищенная сточная вода из установки отводится в накопительный резервуар. Затем с помощью насоса биологически очищенную сточную воду подают в ФОК.

В отдельных случаях ФОК допускается применять в плохо фильтрующейся почве. Грунтовые воды при этом должны залегать на глубине не менее 5 м от поверхности земли. Стенки колодца устраивают до водоносного горизонта. Колодец заполняют песком на высоту не менее 1,5 м от уровня грунтовых вод. На песок в верхней части колодца помещают слой ( 1 м) блоков из пеностекла, пластмассы.

Гидравлическую нагрузку на ФОК при отведении очищенных сточных вод в почву рассчитывают на 1 м2 суммарной водопроницаемой поверхности колодца, ориентируясь на внутренний контур, а при переводе в грунтовой поток — на 1 м2 дна колодца. Ориентировочно гидравлическая нагрузка на ФОК в сутки (см. табл. 31) равна 300 л/м2 в песках и 200 л/м2 в супесках.

Филътрационно-обогатительные траншеи (ФОТ) рекомендуют устраивать при водоотведении от объекта канализования 25—100 м3/сут в местностях с песчаными и легкими супесчаными почвами при уровне залегания грунтовых вод не менее 1,5 м от поверхности земли.

Конструктивно ФОТ — это траншеи глубиной 1—1,2 м, шириной 0,6—0,8 м, длиной — до 40 м. Расстояние между траншеями — 3 м. Стены траншеи сооружают из бетона или кирпича. Нижняя часть стены (0,5—0,6 м) должна быть водопроницаемой. На дно траншеи на эту высоту укладывают фильтрующий материал (гравий, щебень, блоки из пеностекла или пластмассы). Траншеи перекрывают деревянными съемными щитами. Сточная вода в траншее распределяется через сеть асбоцементных труб диаметром 100—150 мм с пропилами в нижней части на половину диаметра трубы. Ширина пропила должна составлять 12—15 мм через каждые 100—200 мм. Трубы длиной 3—4 м соединяют муфтами (сухая укладка) в распределительную сеть длиной 40 м и укладывают на слой фильтрующей загрузки. Соединение труб при помощи муфт гарантирует герметичность распределительной сети. Биологически очищенная сточная вода из компактных установок поступает в траншеи самотеком или с помощью насоса (периодически, с интервалом 5—6 ч). В этом случае после установок устраивают накопительный резервуар.

При высоком уровне залегания грунтовых вод (менее 1,5 м от поверхности земли) ФОТ допускается строить в насыпной почве. В этом случае биологически очищенные сточные воды отводят в накопительный резервуар, а затем насосом их подают в траншею.

ФОТ иногда применяют для перевода доочищенных сточных вод под русло реки. В этом случае их сооружают шириной 5 м, длиной 50 м, глубиной до 1,5 м на расстоянии не менее 5 м от водоема. Производительность таких траншей возрастает до 10 000 м3/сут. Во время строительства и эксплуатации таких сооружений необходимо придерживаться мер, препятствующих доступу к траншеям населения и животных.

Гидравлическую нагрузку на ФОТ (см. табл. 31) следует принимать на 1 м2 суммарной водопроницаемой поверхности траншеи в сутки, ориентируясь на внутренний контур, из расчета 350 л в песках и 250 л — в супесках.

Государственный санитарный надзор предусматривает: участие врача-про-филактика в выборе и отведении земельного участка под строительство очистных сооружений малой канализации, имеющих в своем составе ФОС для до-очистки сточных вод; санитарную экспертизу проекта; санитарный надзор во время строительства, приемки и эксплуатации объекта.

Текущий санитарный надзор предусматривает контроль за: санитарно-те-хническим состоянием и правильностью эксплуатации ФОС; эффективностью доочистки сточных вод; влиянием ФОС на окружающую среду; соблюдением техники безопасности в процессе эксплуатации сооружений.

Контроль за ФОС необходимо осуществлять не менее 2—3 раз в год. Исследования биологически очищенных сточных вод, поступающих на доочистку в ФОС, проводят 1—2 раза в год. При этом необходимо помнить, что высокая эффективность доочистки на сооружениях обеспечивается при следующих исходных показателях качества биологически очищенных сточных вод: БПК5 — 15—20 мг 02/л; ХПК — 30—40 мг 02/л; взвешенные вещества— 15—20 мг/л.

Качество грунтовых вод, отобранных по методике Е. И. Гончарука (см. раздел III) на расстоянии 1 м от ФОС, при правильном их устройстве и эксплуатации, должно отвечать следующим требованиям: индекс БГКП — не более 100, общее количество сапрофитных микроорганизмов — не более 200—300, титр вирусов по коли-фагу не менее 100; превышение содержания аммиака в сравнении с контролем — не более чем на 0,5 мг/л; перманганатной окисляемос-ти — не более чем на 2—3 мг 02/л.

Другая группа сооружений третичной очистки представлена искусственными методами доочистки сточных вод при помощи фильтров с различными видами фильтрующего материала, ионообменных, флотационных, адсорбционных и других установок.

Четвертичная очистка. С целью охраны поверхностных водоемов и подземных источников водоснабжения от органических и бактериальных загрязнений, которые могут остаться в сточных водах после их доочистки, предусматривается при необходимости четвертичная очистка сточных вод путем применения искусственных методов обработки воды (табл. 32).

Сравнительная гигиеническая оценка методов и сооружений для очистки бытовых сточных вод. Одним из основных критериев гигиенической оценки очистных канализационных сооружений является эпидемическая безопасность очищенных в этих сооружениях сточных вод и активного ила. Особенно важно это на этапе гигиенического обоснования возможности применения тех или иных методов и канализационных сооружений для очистки сточных вод городов, поселков городского типа, сельских населенных пунктов, отдельно расположенных объектов, в частности инфекционных больниц или инфекционных отделений многопрофильных больниц, где образуются высокоинфици-рованные сточные воды.

В выборе метода и вида канализационных сооружений для очистки сточных вод необходимо учитывать ряд условий. Прежде всего, количество сточных вод, образующихся на объекте канализования, их физико-химические свойства и бактериальный состав, возможность использования для орошения растений в сельском хозяйстве, требования к глубине (эффективности) очистки сточных вод и образуемого при этом осадка, возможность утилизации осадка сточных вод в сельском хозяйстве и пр. Может возникнуть вопрос о возможности применения только механической очистки сточных вод или необходимости предусмотреть также биологическую очистку или даже доочистку и обеззараживание.

Выбирая сооружения механической очистки, необходимо учитывать, что в схемах большой канализации применяют горизонтальные, вертикальные или радиальные отстойники. По технико-экономическим показателям горизонтальные отстойники более простые в устройстве и эксплуатации, чем вертикальные, но последние более эффективны.

В схемах малой канализации лучше применять двухъярусные отстойники. Для водоотведения объектов, на которых образуется до 25 м3 сточных вод в сутки, предусматривают септики или септики-дегельминтизаторы.

Выбирая методы и сооружения биологической очистки сточных вод, предпочтение следует отдавать методам, моделирующим процессы самоочищения в почве, с устройством очистных сооружений, в которых этот процесс происходит в естественной почве: наземным полям фильтрации, орошения, площадкам подземной фильтрации.

Искусственные сооружения биологической очистки сточных вод, в которых моделируются процессы самоочищения в водоемах (аэротенки, малогабаритные очистные сооружения на полное окисление и пр.), целесообразно применять в том случае, если местные условия не дают возможности использовать почвенные методы очистки. Такими условиями являются плохая фильтрующая способность почвы, высокий уровень залегания грунтовых вод, недостаток свободных земельных территорий достаточных размеров и др.

В последнее время в научной литературе появляются сведения о том, что при современных методах биологической очистки сточные воды не допускается повторно использовать. Не всегда качество биологически очищенных сточных вод отвечает требованиям к выпуску в поверхностные водоемы. Это обусловило потребность в проведении гигиенических исследований и оценки эффективности различных методов и технологических схем очистки и доочистки сточных вод, включающих, например: коагуляцию — фильтрацию — адсорбцию; коагуляцию — адсорбцию — фильтрацию — ионный обмен; адсорбцию — фильтрацию — ионный обмен и др.

Следует помнить, что заслуживают внимания лишь те методы и способы очистки или доочистки сточных вод, которые удовлетворяют технико-экономические решения и отвечают гигиеническим требованиям. Они должны гарантировать эпидемическую безопасность и безвредность по химическому составу для населения поступления очищенных сточных вод в поверхностные водоемы, используемые населением в качестве источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, для массового отдыха, спортивно-оздоровительных целей.

В связи с этим авторы изучали эффективность очистки сточных вод, в том числе интенсивно контаминированных патогенными микроорганизмами, в разных типах очистных канализационных сооружений, в частности с активным илом.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что при соблюдении научно обоснованных оптимальных технологических параметров работы канализационных, в том числе малогабаритных, очистных сооружений с активным илом в стационарном режиме достигается высокий эффект очистки сточных вод по санитарно-химическим и бактериологическим показателям (табл. 33).

В изученных очистных сооружениях на полное окисление (компактных канализационных установках заводского изготовления и их прототипах, аэротен-ках-осветлителях колонного типа, симбиотенках) достигается более высокая степень биологической очистки сточных вод: снижение БПК5 до 5—3 мг 02/л, (на 86—96%) (обычные аэротенки позволяют снизить БПК5 до 10—15 мг 02/л). Общая численность сапрофитных микроорганизмов сточных вод, прошедших биологическую очистку в изученных сооружениях, уменьшается до 15—30 тыс., индекс БГКП — до 103—104 КОЕ/л (на 99—99,99%). В 1000—10 000 раз уменьшается в биологически очищенных сточных водах количество шигелл, сальмонелл, энтеропатогенных кишечных палочек, энтеровирусов.

В то же время, несмотря на достаточно высокую эффективность изученных очистных сооружений, количество санитарно-показательных микроорганизмов в биологически очищенных сточных водах остается высоким (несколько тысяч в 1 л). Такие сточные воды остаются потенциально опасными в эпидемическом отношении и должны быть обязательно обеззаражены перед выпуском в поверхностные водоемы.

По данным литературы и результатам проведенных авторами исследований установлено, что для получения безопасных в эпидемическом отношении сточных вод (с индексом БГКП — не более 1000, коли-фагов — не более 1000), прошедших биологическую очистку в различных типах искусственных сооружений, необходимо их эффективное обеззараживание.