Разработка локальных систем очистки бытовых сточных вод малой мощности в Узбекистане



Известно, что обеспеченность системами канализации в целом по республике в городах составляет 66,4 %, в посёлках городского типа 4,9 % и в сельских населенных пунктах 0,5 %. Низкая обеспеченность сельского населения системами канализации способствует загрязнению окружающей среды и создает угрозу для здоровья населения. В связи с этим автором разработана индивидуальная локальная установка мощностью 1м ³ для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в сельских населенных пунктах Узбекистана. Проведенные исследования показали, что предложенный опытный образец индивидуальной установки является эффективной для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. После очистки на установке, содержащиеся в сточных водах загрязняющие вещества не превышают нормативных значений.

Ключевые слова: индивидуальная установка, охрана окружающей среды, система канализации, охват населения канализацией, населенные пункты, хозяйственно-бытовые сточные воды, очистка бытовых сточных вод.

It is known that the provision of sewerage systems as a whole in the republic in cities is 66.4 %, in urban-type settlements 4.9 % and in rural settlements 0.5 %. Low provision of the rural population with sewerage systems contributes to environmental pollution and poses a threat to public health. In this regard, the author has developed an individual local installation with a capacity of 1 m3 for the treatment of domestic wastewater in rural settlements of Uzbekistan. Studies have shown that the proposed prototype of an individual installation is effective for the treatment of domestic wastewater. After cleaning at the plant, the pollutants contained in the wastewater do not exceed the standard values.

Key words: individual installation, environmental protection, sewerage system, coverage of the population with sewerage, settlements, domestic wastewater, domestic wastewater treatment.

Введение. Хозяйственно-бытовые сточные воды являются важными, с экологических позиций, источниками загрязнения водоемов в республике. Они обычно составляют до 30 процентов всех сточных вод, сбрасываемых в водоемы [5].

Химический состав и концентрации бытовых сточных вод в различных городах подвержены значительным колебаниям, что зависит от расходов воды, состава производственных стоков, принимаемых в канализацию [2,4]. Эффективность используемых в настоящее время способов обработки канализационных сточных вод на городских сооружениях биологической очистки является не высокой. По общему количеству бактерий составляет: для песколовок 10–12 %, для отстойников 25–75 %, для биологических фильтров 80–95 %, для аэротенков 90–98 %, после хлорирования до 99 % [1,6,9].

Недостаточная эффективность канализационных очистных сооружений обычно связана с техническими дефектами, допущенными при строительстве или нарушениями правил их эксплуатации. В таких случаях абсолютные величины большинства биологических загрязнений после очистки остаются выше установленных на них предельно допустимых концентраций [3,7].

Обеспеченность системами канализации в целом по республике в городах составляет 66,4 %, в посёлках городского типа 4,9 % и в сельских населенных пунктах 0,5 % [8]. Такая низкая обеспеченность сельского населения системами очистки хозяйственно-бытовых сточных вод об

Целью работы явилось разработка опытного образца локальной индивидуальной установки малой мощности по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод для сельских населенных мест в республике.

Материал и методы исследований. Исследования включили изучение материалов санитарно-технической эффективности работы систем канализации, выполненных подразделениями Министерства коммунального обслуживания Республики Узбекистан в период 2015–2019 годы, а также территориальных органов санитарно-эпидемиологического надзора Минздрава Республики Узбекистан.

Оценка работы систем канализации и эффективности работы опытной установки по очистке бытовых сточных вод осуществлялась в соответствии с:

− СНиП 2.04.03–97 «Канализация, наружные сети и сооружения»;

− СанПиН РУз № 0129–02 «Гигиенические требования к системам канализации в условиях Узбекистана»;

− СанПиН № 0183–05 «Гигиенические требования к качеству почвы населенных мест в Узбекистане»;

− СанПиН 0181–05 «Гигиенические требования к качеству сточных вод и их осадков, используемых для орошения и удобрения в условиях Узбекистана».

В процессе испытаний опытного образца индивидуальной установки для проведения анализов по химическим и микробиологическим показателям отбирали пробы бытовых сточных вод:

1 проба — вход стоков в установку.

2 проба — биоаэратор.

3 проба — аэротенк.

4 проба — сброс стоков из установки.

Результаты исследований.

До настоящего времени зарубежные разработки по очистке бытовых сточных вод не нашли применения в Узбекистане. Это связано с тем, что они довольно дорогостоящие, при этом главными их недостатками являются:

− отсутствие элементов и технологий для удаления из воды тяжелых металлов;

− выделение и дальнейшая переработка продуктов биологического происхождения в качестве безвредного для окружающей среды удобрения.

В связи с вышеизложенным, нами была разработаналокальная индивидуальная установка по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод мощностью 1м ³ , которая в сравнении с существующими зарубежными аналогами является более рентабельной и эффективной для условий Узбекистана (рис. 1).

Рис. 1. Схема локальной установки по очистке бытовых стоков

Это стало возможным вследствии:

1. Использования местного сырья и материалов для производства локальной очистной установки.
2. Очистка бытовых сточных вод проводится с учетом их специфического состава и особенностей природно-климатических условий Узбекистана.
3. Использования новых фильтров из местных материалов для очистки бытовых сточных вод от тяжелых металлов.
4. Применение активного ила в аэротенке позволит осаждать тяжелые металлы, содержащиеся в бытовых стоках, при этом эффективность очистке составляет 75 %.
5. Низкой себестоимости, что в значительной степени повышает конкурентоспособность и рентабельность разработанной нами локальной установки.

Изучение санитарно-технической эффективности работы опытного образца индивидуальной установки проводили с учетом материалов литературных источников, из которых известно, что тяжелые металлы содержатся в хозяйственно-бытовых сточных водах в концентрациях до 10–12 ПДК. В связи с этим производственные испытания опытного образца индивидуальной установки нами проводились в условиях, которые были приближены к естественным:

I. 1–3 серии исследований предусматривали изучение степени очистки на опытной установке в условиях нагрузки бытовых сточных вод, содержащих вредные вещества до 5 ПДК.

II. 4–6 серии исследований включали изучение степени очистки на опытной установке загрязненных бытовых сточных вод, содержащих вредные вещества в концентрациях на уровне от 6 до 10 ПДК.

Результаты эффективности работы опытного образца индивидуальной установки по очистке бытовых сточных вод в лабораторных условиях представлены на рисунках 2–6.

Рис. 2. Содержание взвешенных веществ в бытовых стоках по этапам очистки

Рис. 3. Содержание азота нитратов (NO ₃ ) в бытовых стоках по этапам очистки

Рис. 4. Содержание меди (Cu) в бытовых стоках по этапам очистки

Рис. 5. Содержание железа (Fe) в бытовых стоках по этапам очистки

Рис. 6. Содержание цинка (Zn) в бытовых стоках по этапам очистки

Концентрации взвешенных веществ на входе выходят за пределы допустимых величин и составляют 4–5 ПДК. Однако по мере продвижения сточных вод по этапам очистки их количество снижается и на выходе (4 проба), концентрации взвешенных веществ не превышают нормативный уровень. Динамика изменения показателей загрязнения сточных вод соединениями азота свидетельствуют о том, что процесс очистки осуществляется на индивидуальной установке достаточно эффективно. Об этом свидетельствует содержание в бытовых сточных водах азота аммония, нитратов и нитритов по этапам очистки.

После биологической очистки, которая осуществляется аэротенком (3 проба), показатели органического загрязнения сточных вод соответствуют гигиеническим требованиям и не превышают установленные на них ПДК. Концентрации азота аммония на выходе составляли 1,2–1,3 мг/л, что соответствует предъявляемым требованиям.

Аналогичная динамика установлена для показателей азота нитратов по этапам очистки их на опытном образце индивидуальной установки. Так, во всех трех сериях опытов установлено, что после биологической очистки (3 проба) азот нитратов определяется на уровне 43–45 мг/л, а на выходе (4 проба) 41–43 мг/л, что соответствует установленным предельно допустимым концентрациям.

Такая же закономерность выявлена в отношении изменения концентраций азота нитритов по этапам очистки. Показатели азота нитритов снижаются с 5,5 мг/л до 3,0 в первой серии, с 5,2 мг/л до 2,8 мг/л во второй серии и с 12,4 мг/л до 2,9 мг/л в третьей серии. При этом во всех трех сериях исследований установлено, что после биологической очистки (3 проба) концентрации азота нитритов практически не выходят за пределы нормативных значений.

Если величина ХПК сточных вод на входе (1 проба) составляла 75,0 мгО ₂ /л (1 серия), 45,0 мгО ₂ /л (2 серия) и 65,0 мгО ₂ /л (3 серия), то на выходе (4 проба) она составляет 13,5; 9,5; и 12,0 мгО ₂ /л соответственно. Аналогичные результаты получены по показателю биохимического потребления кислорода (БПК).

Конструкция разработанной нами индивидуальной установки по очистке хозяйственно-бытовых стоков была нами доработана с целью повышения эффективности работы установки в отношении тяжелых металлов. В частности, мы внесли некоторые изменения, позволившие установить в камере вторичного осаждения специальные фильтры (ноу-хау) для удаления тяжелых металлов из бытовых сточных вод.

Проведенные лабораторные испытания показали, что по концентрациям марганца на выходе сточная вода соответствует предъявляемым требованиям. На входе марганец в сточных водах обнаруживался в количестве 0,46мг/л (1 серия); 0,42 мг/л (2 серия) и 0,44 мг/л (3 серия). На следующих этапах очистки сточных вод концентрации марганца в сточной воде изменялись незначительно, оставаясь в пределах, превышающих уровни ПДК. И только в сбросной воде на выходе (4 проба) концентрации марганца не превышали нормативные значения.

Аналогичные результаты получены в отношении динамики изменения концентраций меди в процессе очистки бытовых сточных вод на индивидуальной установке. В бытовой сточной воде на входе в индивидуальную установку концентрации меди составляли 2,2 мг/л, 2,9 мг/л и 2,4 мг/л соответственно в зависимости от серии исследований. В процессе очистки сточных вод на установке концентрации меди практически не изменялись, и только на выходе в 1 серии исследований медь определялась на уровне 0,95 мг/л (ПДК 1,0 мг/л), во 2 серии — 0,97 мг/л и в 3 серии — 0,92 мг/л.

Концентрации железа в сточных водах по этапам очистки до камеры осаждения (3 проба) снижались на 15,4–35,7 % от исходного уровня и составляли в 1 серии эксперимента 1,0 мг/л (3,3 ПДК), во 2 серии — 1,1 мг/л (3,5 ПДК), в 3 серии — 0,9 мг/л (3 ПДК). На выходе (4 проба) концентрации железа определялись в стоках на уровне нормативных величин.

Аналогичная закономерность установлена для динамики изменения концентрации цинка в бытовых сточных водах в процессе её очистки. Так, если исходные концентрации цинка в бытовых сточных водах составляли 13,9 мг/л, 15,5 мг/л и 9,9 мг/л, в зависимости от серии исследований, то перед очисткой в камере осаждения (3 проба) они составили 10,3 мг/л, 11,2 мг/л и 6,4 мг/л соответственно. На выходе, в очищенных на установке сточных водах, концентрации цинка не выходили за пределы гигиенических норм.

Динамика содержания алюминия в сточных водах характеризуется её снижением на 33,4–42,9 % (3 проба) по этапам очистки характеризуется от первоначально уровня (1 проба) в зависимости от серии исследований. При этом перед очисткой стоков в камере осаждения, алюминий в сточных водах присутствовал в концентрациях 0,6 мг/л (1 серия), 0,5мг/л (2 серия) и 0,4 мг/л (3 серия) соответственно. В сбросной воде концентрации алюминия составляли 0,15–0,20 мг/л (ПДК 0,2 мг/л).

В данном сообщении мы привели результаты первого этапа исследований, в котором изучена эффективность работы установки в условиях наличия загрязнений в бытовых сточных водах на уровне 1–5 ПДК.

Выводы:

1. Впервые в республике нами разработан и создан экспериментальный образец индивидуальной установки по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод производительностью 1 м ³ /сутки для сельского населения, где отсутствуют системы централизованной канализации.
2. Производственными испытаниями установлено, что по показателям органического загрязнения эффективность очистки хозяйственно-бытовых сточных вод составляет по азоту аммиака 80,8–91,4 %, азота нитратов 53,6–87,7 %; азота нитритов 56,1–91,5 %; БПК 81,7–95,9 % и ХПК 80,5–88,3 %.
3. Установлена высокая эффективность очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от тяжелых металлов, которая составляет от 61,6 % (для меди) до 93,0 % (для свинца). Значения концентрации тяжелых металлов после очистки не превышают предельно допустимые концентрации.

Литература:

1. О дополнительных мерах по развитию систем питьевого водоснабжения и канализации в Республике Узбекистан № ПП-4040
2. Бартова Л. В. Расчет аэротенков с циркуляцией водно-иловой смеси по методике проектирования прямоточных систем аэрации // Естественные и технические науки. –2015. — № 11. — С. 576–581.
3. Басалай Е. Н. Влияние городских очистных сооружений на содержание азота в реке Мухавец // В сборнике международной научной экологической конференции «Аграрные ландшафты, их устойчивость и особенности развития», Краснодар, Россия, 2020. — С.398–401.
4. Блажко С. И. Разработка комбинированной технологии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод для малых объектов. Автореферат диссертации на соискание доктора технических наук, Пенза, 2009–42 с.
5. Васильева М. В., Натарова. А. А., Влияние сточных вод на водные объекты в Воронежской области // Наука. Мысль. — 2016. — № 7. — С. 34–39.
6. Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод-М.: Издательство Ассоциации строительных Вузов, 2006.-702с.
7. Ильинский И. И. Гигиена сельского водоснабжения. -Ташкент Медицина, 1986.-159с.
8. Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей.// Молодой ученый -2013.-№ 9 -С.119 -122.
9. Усманов И. А., Махмудова Д. И., Машрапов Б. О. Охрана окружающей среды от загрязнения бытовыми стоками в Узбекистане // В сборнике международной научно-практической конференции «Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования», 2019, Россия. — С.15–21.
10. Эпов А. Н., Канунникова М. А. Разработка типовых решений по автоматизации процессов биологической очистки сточных вод с совместным удалением азота и фосфора // Наилуч-шие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. — 2014. — № 3. — С. 40–54.
11. Елена Хохрякова, Локальные очистные сооружения для загородного дома. Москва-2014 36–58-б