Локальные очистные сооружения (септики и системы глубокой биологической очистки)

Статья для журнала "Технологии строительства"

Инженерное обеспечение загородного дома включает в себя несколько основных составляющих, среди которых: отопление, холодное и горячее водоснабжение, электроснабжение. Невозможно представить себе современный коттедж и без эффективной системы канализации и очистки бытовых стоков.

Хорошо, когда есть централизованная система канализации с общими очистными сооружениями. Но что же делать, если с этой проблемой придется справляться самостоятельно? Очевидно, что выгребные ямы и биотуалеты далеко не всегда являются оптимальным способом решения этой непростой задачи.

Начнем с описания наиболее простых для понимания очистных установок - "септиков", в которых доочистка сточных вод производится за счет фильтрующих и очищающих свойств грунта.

Вот схема работы такой установки:

1. сточная вода из дома с помощью специального насоса или без него (если есть возможность создать необходимый уклон) по трубам попадает в септик. В септике происходит ее отстаивание и частичное сбраживание (с выделением газов) в анаэробных* условиях. В результате на выходе из септика имеем стоки, очищенные на 50-65% плюс нерастворенные фракции на его дне.
2. Осветленные в септике стоки естественным способом дочищаются в сооружениях подземной фильтрации.
3. Нерастворенные фракции на дне септика подлежат вывозу с помощью ассенизационной машины.

Типичными представителями таких очистных сооружений являются установки "Uponor Sako" и "Кедр". Расскажем подробнее о схеме очистки в каждой из этих установок.

Система "Uponor Sako" состоит из трех последовательно соединенных камер изготовленных из полиэтилена низкого давления, в которых происходит первичная очистка. Стоки самотеком поступают из камеры в камеру и постепенно освобождаются от взвешенных частиц. В результате тяжелые фракции накапливаются на дне в виде осадка, а жиры и масла всплывают. По мере протекания воды через последнюю камеру из нее удаляются оставшиеся твердые вещества, способные помешать процессу дальнейшей очистки. После прохождения этих трех камер частично очищенные стоки поступают либо на поле поглощения, где очистка происходит в слое щебня и окружающих его слоях грунта, либо на поле фильтрации, где воды фильтруются и очищаются в искусственном гравийно-песчаном фильтре.

Установка "Кедр" имеет сходный принцип работы, но, при этом, моноблочную конструкцию изготовленную из пластика. Вот краткое описание работы "Кедра". Сначала стоки из дома поступают в первую камеру этого септика, выполняющую функцию отстойника, где все твердые, оседающие фракции скапливаются на дне в виде осадка. После освобождения воды от грубых механических примесей она самотеком через вертикальную щель поступает во вторую ступень установки, где происходит взаимодействие грязной воды с активным илом и в анаэробных условиях происходит более глубокое осветление сточных вод.

Фото 1. Моноблочная установка "КЕДР"

Далее вода перетекает в третью ступень, где проходит через съемный промывающийся биофильтр, оснащенный специальной загрузкой, обеспечивающей прикрепление аэробно-анаэробной микрофлоры.
Далее через водослив стоки попадают в четвертую камеру - осветлитель.

Стоит заметить, что данный способ очистки имеет некоторые неудобства и ограничения.
Во-первых, применение способа подземной фильтрации возможно лишь при глубоком уровне залегания грунтовых вод (не менее 2,5 м). Во-вторых, для фильтрации стоков подойдут далеко не все типы почвы. Хорошо если грунт песчаный. А что делать, если это глина или суглинок, что наиболее типично для Подмосковья? Можно конечно заменить неподходящий грунт, но учитывая масштабы и стоимость работ, это обычно малорентабельно. Стоит иметь в виду, что при применении этой схемы фильтрующей слой постепенно забивается взвешенными частицами, и, как результат, через 5-8 лет фильтрующий слой придется снимать и заменять новым (или промывать). Если учесть, что заменить придется порядка 10-20 кубометров загрязненного грунта, то масштаб этих "нечистых" работ на своем участке мало кого приведет в восторг.

К достоинствам таких установок принято относить их энергонезависимость. Действительно, процесс очистки в них происходит без использования электричества, однако, при монтаже "септиков" на глинистых почвах, очищенная вода, как правило, отводится с помощью насоса, для работы которого электричество все-таки потребуется.

Кратко резюмируя можно сказать, что первоначальная стоимость оборудования для такого способа очистки может быть относительно невелика, но значительные затраты на монтаж, а особенно эксплуатационные проблемы заметно снижают его привлекательность.

В биологической очистке стоков участвуют бактерии, которые в зависимости от их отношению к кислороду можно разделить на две группы:
1) аэробы, которые используют при своем дыхании свободный кислород и обеспечивают превращение аммиака в нитраты и нитриты,
2) анаэробы, которые используют для своего дыхания связанный кислород, входящий в состав нитратов, а не кислород воздуха. В результатевысвобождается азот, метан и двуокись углерода в виде газов.

Другой способ очистки стоков - глубокая биологическая очистка. Такие установки заводского изготовления не зависят от типа грунта и уровня залегания грунтовых вод. Важнейшим достоинством установок с глубокой биологической очисткой является отсутствие необходимости вызовов ассенизационной машины и загрязнения участка. Аэрационные станции глубокой биологической очистки, в отличие от септиков не накапливают загрязнения, а осуществляют очистку, которая достигает 98%! В таких установках сочетается биологическая очистка с процессом мелкопузырчатой аэрации (искусственная подача воздуха) для окисления составляющих сточной воды, что ускоряет биологическую переработку и повышает степень очистки.

Процесс биологической очистки заключается в биохимическом разрушении микроорганизмами органических веществ. Микроорганизмы (бактерии) используют эти вещества как источник питания. В процессе дыхания микроорганизмов вредные органические вещества окисляются, и происходит их распад на безвредные. В результате глубокой биологической очистки получается два конечных продукта, пригодных для непосредственного использования: техническая вода и хорошее органическое удобрение. Надо заметить, что получающаяся после очистки вода может быть использована даже для полива сада и огорода! В таких установках отсутствуют неприятные запахи, т.к. при очистке не происходит выделения метана и сернистого газа. К недостаткам установок глубокой биологической очистки можно отнести их зависимость от электроэнергии (они потребляются около 100 Вт).

К установкам глубокой биологической очистки относятся "BIOTAL", "Тверь", "Топас" и др.

Рассмотрим подробнее принцип работы некоторых установок глубокой биологической очистки. Начнем с "BIOTAL". Установка "BIOTAL" представляет собой три последовательно соединенные SBR реактора. Технология установки устроена таким образом, что обрабатываемые сточные воды протекая от первого до третьего SBR реактора, проходят в каждом из них полный цикл биологической очистки. При этом возвратный активный ил**, постоянно циркулирующий между реакторами, разделен на четыре циркулирующих потока: стабилизированный ил удаляется из системы на обезвоживание, старый активный ил направляется в первый, по ходу движения, SBR реактор обработки сточных вод, более молодой активный ил направляется во второй SBR реактор, а ил с хлоросодержащим осадком из третичного отстойника, выполняющего одновременно роль контактного резервуара, направляется в приемную камеру. Этим достигается поэтапная адаптация микроорганизмов активного ила с поэтапным разбавлением сточных вод возвратными активными илами по ходу их движения от первого до третьего SBR реакторов.

При отсутствии поступления сточных вод, установка "BIOTAL" автоматически переходит в первый (через 1 час - 60% экономии) и во второй (через 24 часа - 80% экономии) экономичные режимы. Это позволяет значительно сократить расход электроэнергии и продлить срок службы оборудования.

Рис. Схема очистки сточных вод установкой "BIOTAL"

Технология очистки в установке "BIOTAL" разработана таким образом, что не происходит выделение метана и сернистого газа. В результате неприятный запах отсутствует на всех этапах обработки сточных вод.

Установка "BIOTAL" изготовлена из полипропилена и имеет цилиндрическую форму.

** Активный ил - сообщество бактерий и простейших, обитающих колониями в виде взвешенных в воде хлопьев. В присутствии кислорода мокроорганизмы поглощают и окисляют органические вещества. После переработки порции этих веществ активный ил надо отделить от очищенной воды и вернуть в загрязненные стоки, где процесс поглощения (очистки) продолжится.

Расскажем подробнее еще об одной системе глубокой биологической очистки "ТОПАС". Установки модельного ряда "ТОПАС" выполнены в цельнонесущем пластиковом корпусе. Для их изготовления используется вспененный интегральный трехслойный листовой полипропилен, производимый в Чехии. Этот полипропилен содержит внутри пузырьковый слой, который влияет на упругость листов и их термозащиту. Механические свойства корпуса позволяют устанавливать "ТОПАС" в различные грунты.

Вот схема работы установки "ТОПАС". Сначала сточные воды поступают в накопительный резервуар (А), в котором происходит усреднение залповых сбросов. Из накопительного резервуара неочищенные сточные воды с помощью аэрлифта (мамут-насоса ) поступают в аэротенк*** (Б), в котором происходит биологическая очистка с помощью активного ила.

Рис. Технологическая схема работы установки "ТОПАС"

Смесь вод и активного ила, подвергнутая очистке, перекачивается с помощью мамут-насоса вторичного отстойника (27) в успокоительный цилиндр (26) вторичного отстойника. Ил отстаивается, опускается на дно вторичного отстойника и возвращается обратно в аэротенк. Очищенная вода после отстаивания попадает в выходную магистраль установки.
В этом случае речь идет о классической непрерывной аэрационной системе с накопительным резервуаром.
При недостаточном количестве стоков, когда уровень в накопительном резервуаре достигает заранее установленного минимума (17), срабатывает поплавковый переключатель (10), который включает компрессор обратного цикла и переключает станцию в фазу рециркуляции (обратный цикл). В этой фазе производится аэрация накопительного резервуара и откачка из аэротенка насосом (5) в стабилизатор активного ила (Г), где происходит разделение активного ила на фракции (легкий наиболее активный ил направляется вместе с отстоявшейся водой обратно в накопительный резервуар, а более тяжелый старый ил оседает вниз стабилизатора). Когда жидкость в накопительном резервуаре (А) достигнет верхнего уровня (18) срабатывает поплавковый переключатель (10), который включает компрессор прямого цикла и станция работает в режиме прямого тока жидкости. К повышению уровня в накопительном резервуаре (А) может приводить и приток неочищенной воды, таким образом, время фазы рециркуляции уменьшается пропорционально количеству вновь поступающей неочищенной воды (в случае отсутствия притока неочищенной воды время фаз примерно одинаково). Таким образом, в ходе работы станции автоматически происходит удаление активного ила и поддержание его концентрации на уровне, необходимом для оптимальной очистки.

*** Аэротенк - емкость с активным илом и устройством распыления воздуха. Обеспечивает очистку сточных вод от органических фракций и их разложение.

Еще один важный фактор при оценке очистного сооружения - материал, из которого изготовлена установка. Это может быть: пластик, железобетон, металл (сталь). У каждого из материалов есть свои достоинства и недостатки. Давайте разберемся по порядку.
Пластик не ржавеет, легок и как следствие прост в установке, но при монтаже надо правильно произвести работы для защиты установки от выдавливания грунтовыми водами.
Железобетон на первый взгляд имеет только плюсы: не ржавеет, не выталкивается из земли грунтовыми водами. В тоже время очень большой вес осложняет и удорожает монтаж, а верхняя часть бетонной конструкции может разрушиться влагой за 7-8 лет из-за циклов промерзания и оттаивания.
Металлические конструкции прочнее пластиковых и легче железобетонных, но, если не подложить бетонную плиту, могут быть вытолкнуты из земли грунтовыми водами. Кроме того, металл ржавеет и поэтому должен быть надежно защищен от коррозии специальными покрытиями.

Рассказав о технических особенностях очистных установок, хочется остановиться и на эстетической стороне. Практически все установки имеют крышки люков, расположенные над уровнем земли. Очевидно, что это может стать украшением только промышленного пейзажа. Как "задекорировать" этот портящий ландшафт элемент? Не так давно началось производство декоративных крышек имеющих вид природного камня. Они изготовлены из полимерных смол с добавлением крошки натурального камня, за счет чего достигается впечатление естественности фактуры. При весе от 3 до 8 кг такие декоративные крышки легко передвигать с места на место, при необходимости открывая доступ к техническим объектам. Немаловажно, что эти изделия адаптированы к российскому климату: частым перепадам температуры, высокой влажности, морозам и стоят совсем не дорого.

Очевидно, что в объеме одной статьи невозможно рассказать о всех производителях очистных сооружений, но надеюсь, что стало понятнее какие основные типы присутствуют на российском рынке, их главные достоинства и недостатки. В заключение хочется дать небольшой совет: выбирая очистную установку постарайтесь ориентироваться не только на ее цену, но и на стоимость всего комплекса работ, включая материалы для монтажа и стоимость монтажных работ. Очевидно, что этот совет можно отнести к самому разному оборудованию, но именно при выборе очистных сооружений он очень актуален

Леонид Милеев
Независимый консультант  МИЛеев Леонид MILLeon@yandex.ru тел.: 8-926-22-760-99