Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы

5 Июля 2017
// Пресса о нас
Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы
ВОДООЧИСТКА. ВОДОПОДГОТОВКА. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. №6 (114), июнь 2017

«Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал,
опыт и инициативы».

Аспирант кафедры
Водоснабжения и Водоотведения МГСУ,
Член ЭТС РАВВ,
председатель совета директоров Alta Group
Пукемо Михаил Михайлович

Москва, 2017

Оглавление
Текущая ситуация в эксплуатации ОС и принятая концепция развития канализования в сельской местности в РФ ....
3
Сезонный фактор в населенных пунктах вокруг озера Байкал ....
4
Очистные сооружения сточных вод с адаптивной биотехнологией ....
5
Опыт внедрения ....
6
Инициативы и предложения ....
7
Выводы ....
8
Список литературы ....
8

Текущая ситуация в эксплуатации ОС и принятая концепция развития канализования в сельской местности в РФ

На текущий момент сектором ЖКХ в разрезе канализования малых населенных пунктов принята концепция централизованного канализования. Текущих подход предполагает сбор посредством коллекторов и КНС сточных вод с нескольких малых населенных пунктов и очистку централизованно на очистных сооружениях (ОС) достаточной производительности, для организации стабильного процесса очистки, постоянных рабочих мест на них и регулярного обслуживания. По оценке Росстата износ централизованных канализационных сетей на конец 2015г. составляет более 43% (РосСтат 2016). Неудовлетворительное состоянии канализационных сетей приводит к обильной инфильтрации грунтовых, ливневых и паводковых вод в ОС, перегружая их и нарушая технологический процесс очистки сточных вод. Одновременно с инфильтрацией происходит обратный процесс загрязнения грунтовых вод неочищенными сточными водами из разрушенных сетей канализации.

На конец 2015 г. из почти 50`000 сельских населенных пунктов, лишь порядка 7`300 поселений обеспеченных централизованным водоснабжением и имеют централизованные системы канализования (Рисунок 1), что составляет лишь 15% (РосСтат 2016).

Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы

Рисунок 1

Налицо нехватка ОС в сельской местности. Одновременно, приведенные выше данные по состоянию канализационных сетей, показывают, что увеличение протяженности канализационных сетей приведет только к большей финансовой нагрузке, связанной с ремонтом и эксплуатацией сетевого хозяйства. Строительство КНС при организации централизованного канализования не только удорожает стоимость сетей на стоимость оборудования, но так же обязывает организовать электроснабжение первой категории, которое подразумевает организацию резервных источников электроснабжения (а это тоже немалые средства). Какие же перспективы и направления выхода из сложившейся ситуации?

Сложившийся подход к организации канализования в малых населенных пунктах полностью себя изжил и является экономически необоснованным. Текущий уровень техники и  инженерных решений позволяет отказаться от принятой схемы в пользу более экономичного и экологически эффективного решения - отказ от прокладки больших коллекторов и переход на очистку стоков непосредственно от населенного пункта или объекта инфраструктуры. Такое решение по организации канализования, снизит эксплуатационные затраты на содержание, ремонт и обслуживание канализационных сетей, уменьшит нагрузку на ОС от инфильтрации грунтовых и поверхностных вод, что приведет не только к экономическому эффекту, но и обеспечит более высокий уровень очистки сточных вод от небольших населенных пунктов.

Сезонный фактор в населенных пунктах вокруг озера Байкал

В последние годы вокруг озера Байкал активно развивается туристический сектор. Уникальная природа и экология озера притягивают к себе туристов, буквально со всего света. Канализование туристического сектора имеет характерную особенность, заключающуюся в ярко выраженном сезонном факторе. Наряду с большим количеством населенных пунктов с постоянным характером проживания, которые так же подвержены сезонному изменению параметров водоотведения, на территории озера Байкал находится большое количество туристических баз, санаториев и домов отдыха. Точное количество таких объектов определить довольно трудно. В открытых источниках, рекламирующих и предлагающих туристические услуги упоминается порядка 100 туристических баз (© 2017 "Байкал терра" 2017). Практически все базы находятся рядом с берегом озера Байкал и требования к очистке сточных вод от таких объектов очень строгие. Сезонная неравномерность поступления сточных вод составляет несколько крат. Некоторые объекты останавливаются на зимний сезон и каждое открытие сезона сопряжено с запуском очистных сооружений. Традиционные технологии очистки с применением процессов с активным илом в малых объемах (1-200 м3/сутки) показали крайнюю нестабильность при эксплуатации в таком режиме. Технологически такие очистные сооружения не могут выйти на требуемое качество очистки воды имея загрузку менее 50% от расчетной. Запуск при благоприятных обстоятельствах таких очистных сооружений составляет 1,5-2 месяца. Во время нештатной работы очистных сооружений, неочищенные и недостаточно очищенные сточные воды поступают в оз. Байкал. При этом мы говорим только о тех туристических базах, которые в принципе имеют очистные сооружения. Много объектов, которые не оснащены никакими инженерными сооружениями, предусматривающие очистку сточных вод. Официальная статистика говорит нам, что на сегодняшний день сброс загрязненных сточных вод составляет 41 млн.м3/год (Рисунок 2), что немного больше 112`000 м3/день (Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации 2016). Для оценки размера объема водоотведения, можно сказать, что такой объем сточных вод производил бы город эквивалентный половине г. Саратова.

Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы

Рисунок 2

Очистные сооружения сточных вод с адаптивной биотехнологией

Наиболее современным подходом к обеспечению биологической стадии очистки, является применение биопленок. Закрепленные биопленки (или иммобилизованный биоценоз) по отношению к свободно открепленному активному илу показали ряд преимуществ. Биопленки иммобилизованного биоценоза имеют высокую резистивность к изменению условий внешней среды по таким параметрам, как рН, температура, наличие питательной среды, концентрация О2, наличие токсинов и пр. (Sutherland 2001), (Стрелкова, et al. 2013). При организации технологических процессов отпадает необходимость настройки параметров рециркуляции активного ила, так как иммобилизованный биоценоз не имеет фактора времени при формировании видового состава. Технологическим преимуществом процессов основанных на биопленках, является способность биопленок к саморегуляции, адаптивной подстройкой под изменяющиеся внешние условия, выраженные в изменении качественного состава сточных вод. Дополнительно, одним из преимуществ очистки биопленками, является возможность работы ОС на так называемых «бедных стоках».

К технологиям использующим иммобилизованный биоценоз относятся такие широко распространённые технологии, как биореакторы с движущимся носителем биопленки (MMBR), дисковые биофильтры (RBC), очистные сооружения башенного типа (сухие фильтры), биореакторы с псевдосжиженным слоем, различные виды модернизации при помощи биопленок «классической» технологии, построенной на процессах с активным илом, получившие названия IFAS-процессы, в том числе самобалансирующиеся очистные сооружения.

В основе технологии самобалансирующихся очистных сооружений лежит имитация работы естественного водоема. Принципиальным отличием от существующих технологий, является работа ОС «на малых концентрациях». Поэтому для таких сооружений работа в режиме недогрузки или с сильно разбавленными стоками является штатным режимом. Практически все очистное сооружение является одновременно усреднителем. Высокая степень усреднения позволяет сгладить пиковые нагрузки и неравномерность в количественном и качественном составе поступающих на ОС сточных вод. Технологическая схема ОС позволяет эффективно и без участия человека работать на сильно изменяющихся сточных водах как по качественному, так и по количественному составу. На Рисунок 3 показана принципиальная схема самобалансирующихся ОС.

Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы

Рисунок 3

Преимущества Самобалансирующихся ОС:

  1. Не требуется микробиологический контроль за работой ОС;

  2. Корректная работа ОС на «бедных стоках» и минимальной нагрузке;

  3. Не требуется высококвалифицированный персонал для контроля работы ОС;

  4. Образование осадка в несколько раз меньше по сравнению с ОС работа которых основана на процессах с активным илом.

  5. Простое обслуживание, которое сводится к откачке осадка из приемной камеры накопителя и пополнению реагентов.

Опыт внедрения

В настоящее время самобалансирующиеся ОС установлены и на озере Байкал, на кордоны Байкало-Ленского Заповедника и Прибайкальского национального парка. Кордоны расположены в п. Хужир на о. Ольхон, п. Бугульдейка, п. Большое Голоустное и п. Листвянка (Рисунок 4). ОС работают автономно без присутствия специалистов и в круглогодичном режиме. Организация их обслуживания сводится к  дистанционному  мониторингу через СМС сообщения и позволяет привести текущие тарифы на переработку 1 м3 сточных вод от 11 до 17 руб.

AAM-20 с УФ Бугульдейка 040616 4 Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы

Рисунок 4

Локализация ОС на уровне населенных пунктов позволяет исключить расходы на:

  • строительство, амортизацию, обслуживание и ремонт коллекторов , межпоселковых сетей и КНС;

  • электро-энергию на перекачку сточных вод;

  • на штатный обслуживающий персонал;

  • отопление основных и вспомогательных помещений;

  • переработку и утилизацию осадка (более чем в 10 раз);

  • капитальный ремонт каждые 8-10 лет, так как современные ОС выполнены из коррозионно-стойкого материала полипропилена, срок службы более 60-ти лет.

Снижение стоимости ОС, их строительства и эксплуатации приведет к росту инвесторов в области водоотведения, что положительно скажется не только на экологии, но и государственном бюджете.

Хорошо зарекомендовали себя устройства биосорбционной очистки сточных вод, в качестве финальной ступени после биологических ОС. В основе таких очистных сооружений лежит биореактор с псевдосжиженным слоем носителя биопленки, в качестве которого выступает сорбент. При высокой волатильности входящих показателей биосорбционная очистка хорошо демпфирует пиковые нагрузки по органическим загрязнениям и позволяет удерживать выходные показатели на уровне ПДК рыбохозяйственных водоемов.

Инициативы и предложения

Одним из технологических вопросов, остро стоящих при очистке сточных вод, являются фоновые загрязнения в поступающей воде. Дело в том, что воды озера Байкал содержат небольшую концентрацию сульфатов, хлоридов и др., тогда, как воды подземных горизонтов, из которых осуществляется водоснабжение малых населенных пунктов и объектов туристической инфраструктуры, содержат солевой состав в десятки раз превышающие по концентрациям естественный фон озера Байкал. В процессе биологической очистки такие загрязнители практически не удаляются. Для достижения поставленных ПДК необходимо устанавливать дополнительную физико-химическую очистку, что неизменно приведет к повышению стоимости комплекса ОС, усложнению и удорожанию их эксплуатации. Как следствие, к отказу (невозможности) от установки ОС.

В качестве решения предлагается организовать на небольших объектах с водопотреблением/водоотведением до 200 м3/сутки поверхностный водозабор из оз. Байкал, с последующей биологической очисткой сточных вод до нормативов рыбохозяйственных водоемов и утилизацией в оз. Байкал.

При установке ОС, позволяющих достичь нормативов ПДК рыбхоза, возможно рассмотреть установку обратного осмоса, с последующим сбросом в оз. Байкал, а фильтрат от обратно-осмотической установки, объем которого в разы меньше утилизировать отдельно, например полями почвенной инфильтрации или другими способами. Низкие фоновые концентрации солей в исходной воде позволят достичь высокой эффективности обратно-осмотической очистки и выйти на уровень утилизируемого концентрата составляет не более 1-6% от очищаемой воды (Первов, Ефремов, и др. 2013). При применении установок обратного осмоса, возможно  повторное использование очищенной воды, что приведет к снижению водозабора. Опыт вторичного использования воды после обратно-осмотических установок уже широко применяется в мире (Первов, Андрианов и Спицов, Водо- и энергосбережние в городском хозяйтсве. Применение современных мембранных технологий. 2013).

Выводы

Предлагается изменить подход к концепции организации централизованного канализования сельских населенных пунктов и объектов инфраструктуры. В качестве альтернативы организации централизованных ОС для нескольких населенных пунктов, предлагается установка автоматических самобалансирующихся ОС в каждом сельском поселении. Экономия ЖКХ будет иметь мультипликативный эффект из-за комплексного сокращения затрат. Предлагаемый подход так же позволит существенно улучшить качество жизни людей в сельских населенных пунктов, одновременно улучшив качество очистки сточных вод и снизить эмиссию антропогенных загрязнений в окружающую среду.

Для реализации ФЦП «Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012-2020 годы» необходимо ввести экспертный анализ предлагаемых технологий, который можно осуществить обратившись к экспертному сообществу Российской Ассоциации Водоснабжения и Водоотведения (РАВВ), в составе которой начал работу экспертно-технологический совет, собранный из профессиональной среды работников водно-коммунального кластера и научных работников.

Список литературы

1.      © 2017 "Байкал терра". Базы отдыха и гостиницы. 01 02 2017 r. http://baikalterra.com/ru/tours/baikal/hotels.html (дата обращения: 2017).

2.      Sutherland, I. W. «Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework.» Microbiology 147 №1 (2001): 3-9.

3.      Первов, А. Г., Р. В. Ефремов, Д. В. Спицов, А. П. Андрианов, и Т. П. Горбунова. «Мембранные методы в питьевом водоснабжении: подбор мембран, прогноз качества воды, утилизация концентрата.» Водоснабжение и санитарная техника 6 (2013).

4.      Первов, А. Г., А. П. Андрианов, и Д. В. Спицов. «Водо- и энергосбережние в городском хозяйтсве. Применение современных мембранных технологий.» Сантехника (АВОК-ПРЕСС) 6 (2013).

5.      РосСтат. «Жилищные условия.» Федеральная служба государственной статистики. 07 08 2016 r. http://www.gks.ru/free_doc/new_site/population/jil-f/jkh2.docx (дата обращения: 09 02 2017 r.).

6.      Стрелкова, Е. А., Н. В. Позднякова, М. В. Журина, В. К. Плакунов, и С. С. Беляев. «Роль внеклеточного полимерного матрикса в устойчивости бактериальных биопленок к экстремальным факторам среды.» Микробиология 82 №2 (2013): 131-139.

7.      Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОКЛАД «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году» . Москва: НИА-Природа , 2016, 49.


Загрузка комментариев...
0
0
0
Корзина