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

Журнал "Водоочистка Водоподготовка Водоснабжение" № 6 (114), 2017


Пукемо М.М.
аспирант,
член ЭТС РАВВ,
председатель совета директоров Alta Group

В статье рассмотрены вопросы изменения подхода к организации канализования на селитебных территориях региона озера Байкал в части небольших поселений и отдельно стоящих объектов инфраструктуры. Рассматриваются особенности канализования объектов инфраструктуры туристического сектора и малых населенных пунктов озера Байкал. Описываются адаптивные свойства био-технологий очистки применительно для очистки небольших объемов сточных вод, а так же применение их в самобалансирующихся очистных сооружениях. На основе опыта эксплуатации очистных сооружений в регионе озера Байкал предлагаются технологические решения для достижения очистными сооружениями нормативов приказа №63 для реализации ФЦП «Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012-2020 годы», а так же целесообразность привлечения к отбору технологий и оборудования специалистов экспертно-технологического совета РАВВ.

Ключевые слова: водоочистка, водоотведение, ЭТС РАВВ, водоотведение озеро Байкал, канализование селитебных территорий, самобалансирующиеся очистные сооружения, Alta AirMaster, локальные очистные сооружения, обратный осмос, канализование туристического сектора, канализование сезонно-эксплуатируемых объектов, биологическая очистка сточных вод, биопленки, IFAS.

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 кана-лизования. 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 2015 г. 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 (рис. 1), что составляет лишь 15% (РосСтат 2016).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 источ-ников 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.

Рис. 1. Сброс загрязненных сточных вод в бассейн озера Байкал, млн. м3.

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. Техно-логически 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 (рис. 2), что немного больше 112`000 м3/день (Министерство природных ресурсов и экологии РФ 2016). Для оценки размера объема водоотведения, можно сказать, что такой объем сточных вод производил бы город эквивалентный половине г. Саратова.

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 способ-ность биопленок к саморегуляции, адаптив-ной подстройкой под изменяющиеся внешние условия, выраженные в изменении качествен-ного состава сточных вод. Дополнительно, одним из преимуществ очистки биопленками, является возможность работы ОС на так назы-ваемых «бедных стоках».

Рисунок 2 Сброс загрязненных сточных вод сельскими населенными пунктами.

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.

рисунок 3Самосбалансирующие очистные сооружения Alta Air Master Pro (принципиальная схема).

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 рисунке 3 показана принципиальная схема самобалансирующихся ОС.

рисунок 4Станция Alta Air Master Pro на Байкале.

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 Прибайкаль-ского национального парка. Кордоны располо-жены в п. Хужир на о. Ольхон, п. Бугульдейка, п. Б.Голоустное и п. Листвянка (рис. 4). ОС работают автономно без присутствия специ-алистов и в круглогодичном режиме. Органи-зация их обслуживания сводится к дистанци-онному мониторингу через СМС сообщения и позволяет привести текущие тарифы на пере-работку 1 м3 сточных вод от 11 до 17 руб. 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;• 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 коррози-онно-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 государ-ственном бюджете. Хорошо зарекомендовали себя устройства биосорбционной очистки сточных вод, в каче-стве финальной ступени после биологических ОС. В основе таких очистных сооружений лежит биореактор с псевдосжиженным слоем носи-теля биопленки, в качестве которого выступает сорбент. При высокой волатильности входящих показателей биосорбционная очистка хорошо демпфирует пиковые нагрузки по органическим загрязнениям и позволяет удерживать выход-ные показатели на уровне ПДК рыбохозяй-ственных 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, хлори-дов и др., тогда, как воды подземных гори-зонтов, из которых осуществляется водоснаб-жение 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 удаля-ются. Для достижения поставленных ПДК необходимо устанавливать дополнительную физико-химическую очистку, что неизменно приведет к повышению стоимости комплекса ОС, усложнению и удорожанию их эксплуата-ции. Как следствие, к отказу (невозможности) от установки ОС. В качестве решения предлагается органи-зовать на небольших объектах с водопотребле-нием/водоотведением до 200 м3/сутки поверх-ностный водозабор из оз. Байкал, с последующей биологической очисткой сточных вод до нормати-вов 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 хозяйстве. 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 Байкаль-ской природной территории на 2012-2020 годы» необходимо ввести экспертный анализ предлагаемых технологий, который можно осуществить обратившись к экспертному сооб-ществу Российской Ассоциации Водоснабже-ния и Водоотведения (РАВВ), в составе которой начал работу экспертно-технологический совет, собранный из профессиональной среды работников водно-коммунального кластера и научных работников.

Литература
1. © 2017 "Байкал терра". Базы отдыха и гостиницы. 01 02 2017 r. http://baikalterra.com/ru/tours/baikal/hotels.html">http://baikalterra.com/ru/tours/... (дата обращения: 2017).
2. Sutherland, I. W. «Biofilm xopolysaccharides: 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 бактериаль-ных биопленок к экстремальным факторам среды.» Микробиология 82 №2 (2013): 131-139.
7. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОКЛАД «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году» . Москва: НИА-Природа , 2016, 49.
Оригинальную журнальную версию статьи: "Адаптивные технологии очистки сточных вод для озера Байкал, опыт и инициативы" скачать в pdf

Загрузка комментариев...
0
0
0
Корзина