Не вдаваясь в детальное обсуждение понятия «ценное сырье», сформулируем этот вопрос несколько иначе: а нельзя ли использовать сточные воды в народнохозяйственных целях? Попытаемся ответить на этот вопрос несколько подробнее. Основной составной частью сточных вод является, прежде всего, сама вода. О значении ее в природном круговороте и использовании человеком в самых различных целях мы уже говорили. Путем сброса очищенных сточных вод в реку восполняется убыль воды, происходящая вследствие забора ее в другом месте, в результате чего количество воды в водоеме в целом сбалансируется. Тем самым могут снова удовлетворяться все притязания на использование воды, вновь требующейся в больших количествах, из рек, озер или подземных источников для нужд населения земли, его индустрии и сельского хозяйства. При прохождении через водоем сточная вода, таким образом, обращается вновь в полноценную сырую воду. Однако существует возможность непосредственного использования сточных вод в качестве полезного сырья.
В данном случае, разумеется, не имеется в виду непосредственная регенерация сточной воды, прошедшей канализационные очистные станции на водопроводных сооружениях с целью получения питьевой воды. Хотя для этого и имеются необходимые технические средства, все же такое непосредственное использование сточной воды исключено как с эстетической, так и с экономической точек зрения. Повторное использование сточной воды в качестве питьевой может быть, поэтому рекомендовано лишь при условии совершаемого ею круговорота с включением вод из рек и озер, а также грунтовых вод.
Рассмотрим следующий большой круг потребителей воды — промышленные предприятия. К технической воде не всегда предъявляются такие же качественные требования, как к питьевой. В этом случае, как правило, не учитывается эстетическая сторона и не возникает сомнений относительно возможности непосредственного повторного использования сточных вод.
Конечно, это не является характерным для всех промышленных предприятий, так как, например, в пищевой промышленности требуется вода такого же качества, как питьевая. Некоторым отраслям промышленности требуется вода даже с более высокой степенью очистки, чем питьевая вода.
Здесь имеется в виду удаление из питьевой воды все еще содержащихся в ней солей, частично придающих воде жесткость, а также растворенных газов, таких, как углекислый газ или кислород. Например, от подпитывающей воды для котлов требуется, чтобы она не содержала веществ, повышающих ее жесткость. Подобные требования нередко предъявляются к технической воде, используемой на химических предприятиях.
Необходимой степени очистки добиваются с помощью установок для опреснения и умягчения воды. В то же время очень мягкая, т. е. обессоленная, питьевая вода оказывается безвкусной, и удаление из нее солей из-за ухудшения вкусовых качеств и из экономических соображений нецелесообразно. Для некоторых же отраслей промышленности очищенная сточная вода является вполне приемлемой.
Металлургические комбинаты, сталелитейные, прокатные и коксохимические заводы и другие промышленные предприятия, для производственных процессов которых используется речная вода без какой-либо специальной очистки, могут снабжаться и очищенной сточной водой, тем более что прилегающие к ним населенные пункты могут обеспечить их большим количеством сточных вод, прошедших биологическую очистку.
В этом случае для удаления оставшихся загрязнении следует лишь установить песчаные фильтры на пути воды между выпуском из очистных сооружений и потребителем ее на территории промышленного предприятия. Хотя такое непосредственное использование сточных вод, прошедших очистные сооружения, возможно не везде, тем не менее, имеется несколько практических примеров их применения в промышленности.
Недалеко от Москвы находится крупная очистная станция, снабжающая очищенной сточной водой группу промышленных предприятий (речь идет о Курьяновской станции аэрации). Последние используют ее в качестве технической воды. Можно с уверенностью сказать, что в недалеком будущем на многих предприятиях будет предусматриваться замкнутый цикл «сточная вода — техническая вода».
Особенно важное значение имеет непосредственное повторное использование сточных вод для производственных целей на промышленных предприятиях, расположенных в жарких, засушливых районах, поскольку природных водных ресурсов часто оказывается недостаточно. Основным потребителем сточных вод в настоящее время является сельское хозяйство, так как здесь используется не только сама вода для полива земель, но в известных пределах также и содержащиеся в сточных водах удобрительные вещества, усваиваемые растениями.
Это подтверждает старый метод использования полей орошения, описанный нами ранее. При этом одновременно осуществляются очистка сточных вод и их утилизация. Однако недостатком этого метода является то, что часто приходится идти на известный компромисс между требованиями, связанными с очисткой сточных вод, и желанием добиться оптимальных условий полива сельскохозяйственных культур.
В конечном счете это приводит к тому, что задачи по очистке сточных вод решаются отдельно от задач по их применению, и воды, прошедшие биологическую очистку в очистных сооружениях, используются для полива лишь в вегетационный период роста растений. В настоящее время при применении сточных вод в сельском хозяйстве непременным условием является наличие станции биологической очистки. Лишь в том случае, когда сточные воды очищены в такой степени, что могут без каких-либо опасений отводиться в водоем, разумеется, при тщательном соблюдении санитарных предписаний, их можно смело использовать для сельскохозяйственных целей. Для распределения воды на участках, засеянных сельскохозяйственными культурами, применяется метод дождевания.
Сточные воды после очистной станции по проложенным в земле трубопроводам подаются с помощью насосов к месту их использования. Здесь происходит распределение их по трубопроводам, проложенным к участкам, которые нуждаются в поливе, причем последний отрезок трубопровода на котором установлены дождевальные устройства, большей частью прокладывается над поверхностью земли.
Для этой цели можно применять переносные оросительные трубы, соединяемые с помощью быстроразъемных муфт, позволяющих быстро производить перемещение труб в пределах участка и таким путем поочередно обеспечивать полив больших площадей. Однако возможна также автоматическое перемещение труб с помощью катковых приспособлений. В этом случае нить трубопровод медленно передвигается вдоль прямоугольного участка, обеспечивая равномерный полив всей территории.
В то время как при применении полей орошения для очистки сточных вод на каждую единицу площади орошенного участка приходится сравнительно большое количество сточных вод, для орошения больших площадей путем дождевания требуется лишь дополнительное количество влаги, составляющее от одной четверти до половины количества естественных атмосферных осадков. Так, количество воды, используемой для полива пахотных земель, обычно составляет 150 мм, а луговых — примерно 300 мм в год.
При таком незначительном количестве вносимой в почву влаги устройство дренажа, как это делается на полях орошения, не требуется. Также совершенно необязательно, чтобы отводимая под полив территория была разделена на спланированные по горизонтали и имеющие плавный уклон участки, окаймленные земляными валиками. Нет необходимости и в устройстве дренажных траншей для отвода излишков воды.
Несмотря на простоту устройства дождевальной установки по сравнению с полями орошения, все же на полив земель с ее помощью расходуются значительные средства, поскольку прокладка трубопроводов обходится довольно — дорого. Однако затраты на устройство земледельческих полей орошения окупаются за счет повышения урожайности выращиваемых на этих полях культур.
Бесплатное использование очищенных сточных вод обеспечивает выгодное соотношение между затратами на полив сельскохозяйственных земель и получаемым в результате полива эффектом. Дополнительным преимуществом применения сточных вод для полива можно считать удобрение почвы содержащимися в них питательными для растений веществами. Это прежде всего азот, соли калия, фосфаты, а также остатки органических веществ.
Использованы материалы книги Рандольф Р. «Что делать со сточными водами» (перевод с немецкого)
Источник
Вторичное использование сточных вод
Вторичное использование стоков зданий после соответствующей обработки может успешно способствовать решению кризисных ситуаций, существующих в регионах с недостаточными запасамиводных ресурсов.
Во многих регионах нашей страны имеются серьезные проблемы с водоснабжением в силу недостаточности водных ресурсов, и, как следствие, водосберегающие технологии приобретают здесь чрезвычайно большое значение.
Меры, которые могли бы способствовать экономии природных ресурсов и внести существенный вклад в решение проблемы или, по крайней мере, снять ее остроту, представляются следующими:
– стимулирование сокращения потребления;
– регенерация воды (если возможно);
– повторное использование стоков и дождевой воды (как правило, требует дополнительной обработки).
В частности, вторичная утилизация уже использованной воды сокращает уровень загрязнения природных массивов, принимающих сточные воды. Сбор дождевой воды в ваннах или водосборных резервуарах с последующим плановым использованием позволяет предотвратить перегрузку канализационной сети в случае интенсивных осадков. Кроме того, если бытовые и канализационные стоки сливаются в один канализационный канал, это позволяет не так сильно разжижать нечистоты, поскольку в противном случае это нарушило бы биологическую фазу очистки. В части вторичного использования такой воды для защиты здоровья населения установлены определенные требования в отношении санитарно-гигиенических и химических параметров. В зависимости от требуемого качества конечного продукта очистка может быть более или менее сложной.
Флокуляционная ванна установки по очистке сточных вод
Нормативная документация
Требования нормативной документации в отношении вторичного использования городских сточных вод в разных странах разные и имеют более или менее ограничительный характер. В Европе основным документом является Европейский регламент 91/271. В Италии в части вторичного использования стоков в рамках политики сохранения и стимулирования экономии природных ресурсов руководящим считается республиканское законодательство в области охраны природы (закон от 05.01.1994 года № 36, законодательный актот 11.05.1999 года № 152 с последующими изменениями, постановление от 12.06.2003 года № 185), а также законодательные акты на уровне регионов (имеющих свои полномочия в данной сфере). Нормативные требования к качеству воды, регенерированной для вторичного использования в различных областях деятельности, составлялись несколькими органами. Это, в первую очередь, основные направления, определяющие предельно допустимые параметры: регламенты WHO (всемирная организация здравоохранения), ЕЕА (европейское агентство по вопросам окружающей среды), ЕРА (агентство по охране окружающей среды).
Схема системы очистки бытовых сточных вод с использованием ванн фитоочистки
Области применения
На вторичное использование могут направляться как бытовые стоки, так и городские и промышленные. Вторичное использование разрешается при условии, если будет обеспечена полная экологическая безопасность (т. е. такое использование не должно наносить ущерб сложившейся экосистеме, почве и культурным растениям), а также исключен всякий риск для местного населения в санитарно-гигиеническом отношении. Таким образом, очень важно, чтобы в рамках любого такого проекта тщательно соблюдались требования действующих нормативных документов в части охраны здоровья и безопасности, а также действующие отраслевые нормы и правила для промышленности и сельского хозяйства.
В большинстве случаев, чтобы воду можно было направить на вторичное использование, требуется ее предварительная очистка. Выбор степени такой очистки определяется установленными требованиями санитарно-гигиенической безопасности и стоимостными параметрами. Для организации снабжения вторичной регенерированной воды после очистки необходим выделенный распределительный трубопровод.
В соответствии с постановлением 185/2003 в отношении использования регенерированной воды выделяются три основные категории:
– системы орошения: полив культурных растений, предназначенных для производства пищевых продуктов для потребления человеком и домашними животными, а также продуктов непродовольственной сферы, полив участков озеленения, садово-парковых зон и спортивных объектов;
– гражданское назначение: мойка мостовых и тротуаров населенных пунктов, водоснабжение отопительных сетей и сетей кондиционирования воздуха, водоснабжение вторичных водораспределительных сетей (отдельно от питьевого водопровода) без права непосредственного использования такой воды в зданиях гражданского назначения за исключением систем слива туалетов и санузлов;
– промышленное назначение: снабжение систем пожаротушения, производственных контуров, моечных систем, термических циклов производственных процессов с исключением областей применения, предусматривающих контактирование вторичной регенерированнойводы с пищевой, фармацевтической и косметической продукцией.
Перед вторичным использованием регенерированной воды необходимо обеспечить определенный уровень качества, особенно в отношении санитарно-гигиенических требований. Традиционные методы обработки воды, направляемой на сброс, для обеспечения такого качества недостаточны. Сегодня появляются новые альтернативные технологии очистки и дезинфекции, при помощи которых удается снизить уровень содержания в воде микробов, питательных веществ, токсических веществ и выйти на требуемый уровень качества воды при относительно невысокой стоимости. В нормативной документации представлены минимально допустимые параметры качества, которые должна иметь вода после регенерации, если предполагается направить ее на вторичное использование. Указанные требования (химико-физические и микробиологические) для регенерированной воды, предназначенной для вторичного использования в целях орошения или на гражданских объектах, приведены в таблице в приложении к постановлению 185/2003. Для воды, предназначенной для промышленного использования, предельно допустимые значения устанавливаются в зависимости от конкретных производственных циклов. Строительство систем регенерации сточных вод и последующее их использование должны осуществляться с санкции компетентных властей и подлежат периодическому инспекционному контролю. Распределительные сети регенерированной воды должны быть особым образом обозначены и отличаться от сетей питьевого водоснабжения, для того чтобы полностью исключить всякий риск загрязнения распределительной водопроводной сети питьевого назначения. Водоразборные точки таких сетей должны иметь соответствующую маркировку и четко отличаться от питьевых.
Вместе с тем при всех преимуществах, которые дает современная технология, помимо прямой выгоды, реализация мер экономии гидроресурсов может повлечь и определенные риски.
Методы очистки сточных вод
Методика очистки сточных вод в каждом конкретном случае в зависимости от требуемого конечного качества продукта может предусматривать следующие виды обработки:
– предварительная очистка: включает в себя пропускание через сито (удаление крупных твердых частиц), удаление песка (через посредство ванн седиментации), предварительную аэрацию, извлечение масляных частиц (воздушной продувкой на поверхность сгоняется большая часть масел и жиров), просеивание (удаление взвешенных частиц при помощи вращающихся сит);
– первичная очистка выполняется путем седиментации: в ванне седиментации посредством механической декантации сепарируется значительная часть осаждающихся твердых частиц. Процесс может форсироваться путем применения химических добавок (флокулянтов): в ваннах флокуляционного осветления повышается выпадаемость твердых частиц, а также выпадаемость неосаждаемых взвешенных частиц;
– вторичная очистка с применением аэробных бактерий, обеспечивающих биологическое разрушение органической нагрузки, таким образом осуществляется биологическое окисление взвешенного биологически разрушаемого органического вещества, растворенного в сточных водах. Методы очистки могут подразумевать процессы с взвешенной биомассой (активные грязи), когда грязь поддерживается в состоянии постоянного перемешивания с нечистотами, и процессы с адгезионной биомассой (предусматривающие перколяторную основу или вращательно-биодисковую подложку), в ходе которых обеззараживающие бактерии присоединяются к фиксированной основе;
– очистка третьего уровня применяется после первичной и вторичной в случае, когда в соответствии с требованиями качества, предъявляемым к очищенной воде, из нее должны удаляться питательные вещества (нитраты и фосфаты);
– нитрификация, денитритификация, дефосфоризация: очистные процессы, обеспечивающие соответственно превращение органического азота в нитраты, разложение нитратов с образованием газообразного азота, удаление из сточной воды растворимых солей фосфора;
– финишная дезинфекция применяется, когда требуется обеспечить полную санитарно-гигиеническую безопасность сточной воды. Методика предусматривает использование реагентов на основе хлора либо озонирование, либо обработку ультрафиолетовым облучением. Помимо выше перечисленных способов существуют еще две технологии естественной очистки сточных вод, которые вполне могут применяться в качестве очистки второго или третьего уровня. Это фитоочистка и биологическое отстаивание (или лагунирование). Обе технологии применяются главным образом в небольших водоочистных сооружениях или в районах, где имеется возможность использовать обширные территории. Суть фитоочистки заключается в том, что сточную воду постепенно заливают в ванны или каналы, где поверхность (глубина воды 40–60 см) находится непосредственно под открытым небом, а дно, находящееся все время под водой, служит основой корней особого вида растений. Задача растений – способствовать созданию микросреды, пригодной для размножения микробной флоры, осуществляющей биологическую очистку. Пройдя очистную ванну, вода медленно, причем в объеме, равном залитому объему воды, направляется на дальнейшее использование.
Для биологического отстаивания требуются большие бассейны (лагуны), куда периодически заливается сточная фекальная вода. Происходит постепенное биологическое разложение загрязнения живущими в бассейне микробными колониями (за счет аэробного либо анаэробного метаболизма) либо водорослями.
Сито с цилиндрической вращающейся решеткой для сепарации твердых фекальных частиц
Очистка до качества питьевой воды
В определенных случаях при недостаточности запасов питьевых ресурсов в качестве таковых можно использовать сточную воду, прошедшую соответствующую обработку. Подобных очистных сооружений в Италии пока нет, но они построены в целом ряде стран. Очищенная сточная вода может подаваться непосредственно в питьевой водопровод либо в накопительное водохранилище (природное или искусственное). В качестве альтернативы такую воду можно направлять на питание водоносных горизонтов прямым впрыском непосредственно в горизонт либо естественной инфильтрацией через водопроницаемые грунты. Из напитанного таким образом горизонта воду забирают через колодцы, устраиваемые вдали от участка, где организована инфильтрация. Чтобы очистить сточную воду до состояния питьевой воды, пригодной для прямой подачи в питьевой водопровод, или для впрыска в водоносный горизонт, нужно, чтобы она последовательно прошла следующие виды очистки:
Более простую очистку (фильтрование – абсорбция активированным углем – дезинфекция) проводят для сточной воды, предназначенной для питания водоносных горизонтов путем инфильтрации через водопроницаемые грунты, поскольку в этом случае используется естественная способность грунта служить фильтрующей подушкой.
Схема системы регенерации дождевой воды 1 – подземная накопительная цистерна; 2 – фильтр; 3 – подача дождевой воды; 4 – погружной насос; 5 – выход в слив и сток дождевой воды; 6 – трубопровод подачи подготовленной дождевой воды; 7 – блок управления насосом; 8 – блок регулировки уровня рабочего контура; 9 – подключение к сети питьевого водопровода на случай нехватки дождевой воды в накопительной цистерне; 10–13 – разборные точки дождевой воды
Вторичное использование сточных вод для технических (непитьевых) целей
Наиболее популярная технология сегодня – так называемые двойные системы. Рядом с обычной водопроводной сетью питьевого назначения организуется вторая выделенная сеть доставки сточной воды, прошедшей очистку.
Такую воду можно использовать в следующих целях:
– бытовая техническая вода для санузлов в случаях, не предусматривающих прямой контакт с человеком (т. е. в основном, для слива унитазов);
– поливка зеленых насаждений садово-парковых зон, спортивных полей, полей для игры в гольф и пр.;
– мойка улиц, тротуаров, пешеходных переходов и т. п.;
– водоснабжение декоративных фонтанов;
– мойка автотранспортных средств.
Очистка воды для технического использования предусматривает последовательное прохождение через осветление флокуляцией, фильтрование и дезинфекцию. В основном на такую очистку направляется бытовая сточная вода, чаще всего, чтобы не создавать излишне громоздкую сеть, так называемый «серый» слив, исключая фекальные воды с содержанием мочи и кала.
Одновременно параллельно с общими двойными системами сегодня существуют эффективные технологии очистки воды, уже использовавшейся в отдельных агрегатах санузлов, для последующего вторичного применения, когда, например, сточная вода умывальников, ванны и душевой кабины фильтруется, из нее удаляется мыло и загрязнения, и она направляется в сливной бачок унитаза или на иные технические нужды, например, для мойки автомобиля или поливку сада. Такие системы подходят для индивидуальных домов, отдельных квартир, небольших гостиниц, клубов и пр. Результаты проведенных экспериментов показали, что по фактическому потреблению ресурсов такие системы дают экономию до 50 % в обычных жилых домах и до 40 % в гостиничном бизнесе и сфере торговли. Основные преимущества – полная автономность системы водоснабжения при абсолютной невозможности перекрестного загрязнения питьевой и технической воды, отсутствие химических реагентов и вредных субпродуктов, существенная энергетическая эффективность (для питания электронасоса используется источник постоянного тока напряжением 12 Вт), возможность использования солнечной энергии, полностью автоматический цикл очистки.
Вторичное использование сточных вод для общих целей
Прошедшие очистку сточные воды можно успешно использоватьдля общих целей и в гражданской, и в промышленной сфере. Это могут быть, в частности, системы отопления (контуры питания отопительных котлов), охлаждения (охлаждающие башни, конденсаторы, теплообменники), противопожарной безопасности (системы пожаротушения водой). Для использования в отопительных котлах сточную воду следует пропустить через осветление флокуляцией, затем профильтровать и деминерализовать.
Последний тип обработки предусматривает пропускание воды через смоляную подушку ионного обмена. Использование в охлаждающие контурах обычно предусматривает осветление флокуляцией, фильтрацию и, как правило, дезинфекцию.
Вторичная вода в промышленности
В промышленных процессах множество операций требует использования воды. Среди них:
– приготовление пара в котлах и увлажнителях воздуха;
– теплообмен в системах отопления, пароконденсации, охлаждения жидких и твердых тел;
– промывка от твердых частиц и очистка газа;
– ванны поверхностной обработки различного рода.
Во многих случаях, когда на производстве требуются большие объемы воды, для этих целей также вполне подходят очищенные сточные воды, например, в текстильной промышленности, целлюлозно-бумажной, красильных цехах и металлургии. С учетом крайнего множества и разнообразия производственных процессов качество вторичной воды для них требуется самое разное и, следовательно, в каждом конкретном случае для очистки сточных вод применяются разные системы очистки.
Вторичная вода в сельском хозяйстве
Вторичная вода в сельском хозяйстве дает ощутимую экономию расхода водных ресурсов. Действительно потребление воды в агрозоотехнической сфере существенно превышает потребление в гражданской сфере и промышленности. Для Италии эти цифры составляют соответственно 60 %, 15 % и 25 %. Во исполнение европейского регламента (признание действующими положений Европейской Директивы 91/271) в настоящее время предпочтение отдается вторичной воде, а подключение к магистральному водопроводу – если вода не предназначена для питьевых целей или ихтиогенной сферы – ограничивается случаями, когда не имеется возможности использоватьочищенные сточные воды или когда эти экономические затраты носят очевидный запретительный характер. Сточные воды отпускаются бесплатно, а капитальные расходы на организацию очистных систем вычитаются из налогооблагаемой базы.
Следует учитывать, что использование вторичной воды в сельском хозяйстве возможно далеко не всегда, а только, например, если сельскохозяйственные угодья, где предполагается применять такую технологию, расположены в очень удаленном районе либо на нижнем высотном уровне.
Нельзя использовать сточную воду, когда ее химический состав несовместим с сельским хозяйством (превышение содержания натрия и кальция по сравнению с калием и магнием). Важно отметить, что смехотворно низкая нынешняя цена обычной водопроводной воды, отпускаемой для орошения (определяемая стоимостью лицензии на подключение к источнику или бурение скважины) не способствует переходу на использование в этих целях очищенной сточной воды. Технология очистки сточных вод для сельского хозяйства различается в зависимости от видов культур, для которых они предназначены. Для орошения культур, предназначенных для употребления в пищу в сыром виде, вода должна пройти осветление флокуляцией, фильтрацию и дезинфекцию (иногда лагунирование). Для орошения садов и пастбищ – только осветление флокуляцией (или биологическое отстаивание) и дезинфекцию, для орошения полей с непищевыми культурами – биологическое отстаивание (и при необходимости водохранилищные ванны).
Регенерация дождевой воды
В индивидуальных жилых домах, кондоминиумах, гостиницах дождевая вода, собираемая в накопительные резервуары, может успешно использоваться в рабочих контурах санитарных приборов, стиральных машин, для уборки, поливки растений, мойки автомобилей. По имеющимся оценкам в частном секторе до 50 % дневной потребности воды можно перевести на использование регенерированной дождевой воды.
В силу своих характеристик (очень мягкая) дождевая вода в сравнении с водопроводной водой дает наилучшие результаты, если используется для поливки растений и стирки белья. В частности, такая вода не дает отложений на трубах, манжетах и нагревательных элементах стиральных машин и позволяет снизить количество моющего средства, не говоря о том, что за нее не надо никому платить. В коммунальной сфере ее можно рекомендовать для поливки садово-парковых зон и мойки улиц. В промышленности дождевую воду можно также использовать на множестве производственных участков, что дает существенную экономию в оплате водных ресурсов и ощутимо влияет на себестоимость процессов.
Следует при этом учитывать, что дождевая вода вообще не требует какой-либо особой очистки: достаточно лишь простого фильтрования, пока она стекает по крышам зданий и попадает в накопительные резервуары.
В системе регенерации дождевой воды в зависимости от того, где именно расположен накопительный резервуар (к примеру, зарыт в грунт), может потребоваться водонапорный насос. На рис. 5 приведена схема подобной системы.
Дождевая вода считается непригодной для питья, поэтому питающий трубопровод и водоразборные точки (водоразборные краны, точки подключения к бытовым приборам) должны быть маркированы хорошо видимой предупредительной надписью: «вода не пригодна для питья».
Перепечатано с сокращениями из журнала RCI №2/2006
