Виды и характеристики осадков сточных вод

Осадки городских сточных вод

Осадки городских сточных вод выделяются в решётках, песколовках, первичных и вторичных отстойниках и являются продуктом человеческой деятельности (в том числе фекалии). В состав осадков бытовых сточных вод входят грубые примеси (отбросы), задерживаемые решётками, минеральные примеси, задерживаемые песколовками, плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в жироловках и отстойниках. Активный ил, прирастающий в аэротенках и задерживаемый во вторичных отстойниках, используется для биологической очистки сточных вод биоценозом микроорганизмов. Для очистных установок малой производительности, ориентированных на использование биоценоза прикреплённых микроорганизмов, соотношение между биомассой прирастающих гидробионтов и биомассой анаэробных микроорганизмов меняется в пользу последних и их продукции: биогаза и биоудобрений.

Часто можно слышать, что осадки сточных вод городов и отходы промышленности опасно использовать в качестве органоминеральных удобрений для подкормки садовой и огородной почвы, так как в коттеджах выращиваются овощи, фрукты и различные продуценты.

В то же время известно, что человеку необходимо получать с пищей соединения железа — важного компонента человеческой крови, а также кальция, магния, йода. Белок не может образовываться без азота, фосфора и других элементов. Работа В. И. Дмитриевой [1] по изучению влияния осадков сточных вод на удобрительные свойства почвы доказала, что внесение осадков сточных вод значительно уменьшает плотность почвы, увеличивает нейтрализующую её способность, способствует увеличению плодородия почвы и достижению прироста сельскохозяйственных культур.

Безусловно, имеются величины предельно допустимых концентраций (ПДК), которые ограничивают содержание химических элементов в почве и превышение которых приводит к токсичности продукции полей и садов. В то же время компоненты осадков сточных вод обеспечивают увеличение биогенных элементов, дают увеличение в них сырого протеина. Осадки сточных вод полезны для зерновых культур, поскольку они увеличивают урожайность и после биогенеза у культивируемого растения не попадают непосредственно в пищу человека.

Многое зависит от типа почвы, куда вносится осадок. Менее полезны осадки для чернозёмов, но важны для подзолистых почв. Также для свойств осадков сточных вод имеет важное значение: их соотношения по влажности и воздействию на экологию территории — запах, наличие вирусов, болезнетворных бактерий и паразитов; величина транспортных расходов и внешний вид транспорта для вывоза осадков на поля и в сады.

По статистическим данным, в составе осадков сточных вод городского комплектования органические вещества на 80–85% представлены белками, жирами и углеводами. При этом доля белков составляет примерно 25%, жиров — около 30%, углеводы — 25%. При распаде компонентов осадков биогаз на 60–65% образуется из жиров, а 40–35% — из белков и углеводов. Беззольное вещество осадков распадается на 25–50%, и количество сухого вещества снижается на 30%, увеличивая его зольность до 28–33% с исходной величины не более 20%.

Ионный состав осадков городских сточных вод варьируется в широких пределах и зависит от наличия промышленных предприятий и эффективности работы их систем водоотведения с локальной очисткой перед сбросом в городскую канализационную сеть.

Отходы птицеферм и прочих животноводческих комплексов

На птицефермах используется подстилка, состоящая из опилок и различных видов растительных остатков после сбора урожая зерновых (прежде всего соломы).

Растительные отходы, насыщенные фекалиями птиц (куриц, гусей, уток и прочих видов искусственно выращиваемых пернатых), через некоторое время выдержки в анаэробных условиях начинают гнить, издавая сильный запах.

В районе Большого Сочи, богатом растительностью, в том числе сорной дикорастущей (например, ежевика), её обрезка и измельчение может обеспечивать птицеводческие комплексы подстилкой из растительных отходов. Почему имеется много сорных растений? Да потому, что атмосферные осадки в регионе периодичны и сезонны, и в периоды отсутствия дождей растения отмирают, и их обрезка даёт после измельчения те отходы, которые годятся в качестве подстилки.

В этом состоит специфика формирования материала для подстилки в регионе Большого Сочи.

Специфика климата территории Большого Сочи определяет и большую потребность в органоминеральных удобрениях для садов, огородов, клумб, цветников. Солнце и дождь сжигают и вымывают плодородный слой почвы, поэтому нужна ежегодная подкормка органоминеральными удобрениями. А их можно производить, перерабатывая все виды отходов населения (осадки сточных вод, твёрдые бытовые отходы, отходы птицекомбинатов, предприятий рыбопереработки, мясокомбинатов, молокозаводов) в данный вид удобрений.

Количество отходов на птицеводческих комплексах, безусловно, зависит от численности выращиваемых пернатых и норм расходования пищи для их выращивания (до кондиции), в зависимости от усвояемости пищи животными.

При слое подстилки не менее 5 см потребность в подстилке на один птичник стандартными размерами 100×18 м составляет 90 м³ в неделю или не менее 12 м³/сут. на один птичник, а их на Адлерской птицефабрике 16 штук. Поэтому суточная потребность в подстилке составляет не менее 150 м³. Отсюда получается равное количество отходов, загрязнённых фекалиями птиц и нуждающихся в переработке в органоминеральное удобрение.

Количество птицеводческих предприятий диктуется потребностью населения и гостей Большого Сочи в яйцах и мясе птиц. Поэтому всё взаимосвязано: численность населения и отдыхающих, поступление от них осадков сточных вод (ТБО), потребность в птицекомбинатах и количестве отходов от них, не исключая продукцию из других регионов.

В силу этой взаимной связи можно по численности людей установить возможное количество биоразлагаемых отходов, которые можно превратить в органоминеральные удобрения, в биогаз и пустить на корм животным, а также оценить возможные затраты на переработку для поддержания окружающей среды на благоприятном для жизни людей уровне с учё- том климата территории (температуры, количества выпадающих атмосферных осадков и т. д.).

Биоразлагаемые органические компоненты отходов

Как известно, «твёрдые бытовые отходы» (ТБО) или «твёрдые коммунальные отходы» (ТКО) включают в себя такие компоненты, как бумага, пищевые отходы, пластмасса, древесина или её составляющие (например, листва, обрезки побегов, ветки, сучья, цветки, опавшие или срезанные), стеклянные и металлосодержащие изделия.

Все составляющие ТКО подлежат утилизации, но в разные сферы использования. Это может быть удобрение в почву, в компоненты пластмассовых изделий, в бетон для дорожного или жилищного строительства. Норма расхода ТБО — 1,5 м³/год (на одного жителя) с объёмным весом около 200 кг/м³. В состав ТБО входят: пищевые отходы (до 40%), бумага (до 25%), пластмасса (около 8% веса), дерево (до 2%) и металлы (около 5%). Наиболее просто разделить компоненты ТКО на две составляющие: органические вещества, пригодные к использованию при производстве удобрений (пищевые отходы, бумага, картон) с объёмным весом 200 кг/м³, и компоненты (пластмасса, стекло, металл), использование которых возможно в строительных изделиях (бетонных блоках, тротуарной плитке, в дорожном покрытии).

Владельцы индивидуального жилья, особенно в ЮФО, всегда нуждаются в органоминеральном удобрении, которое они могут получить из компонентов собственных бытовых отходов. Нужно только измельчить эти компоненты и смешать с садовой почвой в устройствах типа растворомешалки, и через два-четыре месяца усилиями земляных червей будет получена плодородная почва — так называемая «вермикультура». Нужно только отвести под участок вермикомпостирования несколько квадратных метров огорода и ухаживать за ними, то есть своевременно поливать почву для поддержания необходимой влажности и рыхлить её верхний слой для доступа воздуха, необходимого червям.

Переработка осадков

При работе сооружений очистки сточных вод образуются осадки различного вида, содержащие органические и минеральные компоненты. Обращение с этими осадками требует существенных технологических усилий и немалых затрат на строительно-монтажные работы. Это образует существенную статью затрат в эксплуатации действующих станций очистки сточных вод и приносит массу проблем как персоналу и владельцам самой станций, так и жителям в её окрестностях.

Имитация решения проблемы осадков на этапе проектирования очистных станций приводит к тому, что такие проекты выигрывают тендеры (конкурсные отборы) за счёт снижения стоимости строительства и оборудования, а все проблемы остаются «на потом». Свидетельство этому — огромные площади, занятые осадками на работающих канализационных очистных сооружениях (КОС), и значительные затраты на их вывоз и захоронение, которые затем закладываются в тарифы для населения и не способствуют улучшению экологической ситуации.

Поэтому при выборе проекта станции очистки самое серьёзное внимание надлежит уделять предложенному решению проблемы осадков.

Характеристика осадков и их количество

Осадки очистных сооружений подразделяются на первичные — отбросы с решёток, песок из песколовок, сырой осадок из первичных отстойников, и вторичные — избыточный активный ил из аэротенков или биоплёнка из биофильтров. К вторичным осадкам также относятся осадки из аэробных стабилизаторов и осадки, сброженные в анаэробных условиях.

Отбросы представляют из себя грубодисперсные примеси, выделенные из воды на сооружениях механической очистки, то есть решётках или тому подобных устройствах, с размером частиц бóльшим, чем пропускают эти устройства (у современных решёток прозор обычно составляет от 2 до 10 мм).

Оценочная норма вносимых от одного жителя крупноразмерных загрязнений, по данным МГУП «Мосводоканал», составляет порядка 20 г/чел. в сутки. Для сооружений на Q_сут = 500 м³/сут. и при кратно большем расходе (до 50 тыс. м³/сут.) целесообразно задействование биореакторов с прикреплёнными на ершах микроорганизмами, при этом расчётное количество жителей составляет 2000 человек для Q_сут = 500 м³/сут. Таким образом образуется 40 кг отбросов в сутки (по сухому весу, во влажном состоянии — приблизительно 65 кг).

Наряду с пластиком, резиной, текстилем отбросы содержат большое количество органических отходов — остатков пищи, которые при хранении загнивают. Песок с песколовок — нерастворимые минеральные примеси размером от 0,1 до 5 мм.

Песок из песколовок обычно содержит значительное количество органики и является опасным с санитарной точки зрения, что ограничивает его применение. Количество органики определяется зольностью осадка. Зольность на обычных песколовках колеблется от 60 до 80%, у лучших конструкций со встроенными промывателями песка она достигает 97%. Расчётное количество песка принимается равным 0,03 л/чел. в сутки (для сооружений на 500 м³–60 л/сут.).

Сырой осадок из первичных отстойников представляет из себя студенистую, вязкую субстанцию, органические вещества в нём составляют около 80% и быстро загнивают, издавая неприятный запах. Влажность осадка в пределах 93–95%. Количество взвешенных веществ согласно СНиП принимается 65 г/чел. в сутки по сухому веществу, количество взвешенных веществ, уловленных отстойниками, в пределах 40–60%. Для сооружений на 500 м³ это составляет около 1,3 м³ сырого осадка в сутки, после обезвоживания получается 0,312 м³ обезвоженного осадка влажностью 75%.

Избыточный активный ил из аэротенков представляет из себя биоценоз микроорганизмов и простейших, он обладает свойством самофлокуляции.

Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде ил почти не имеет запаха, но загнивая издаёт специфический гнилостный запах. Активный ил аэротенков отличается высокой влажностью — 99,2–99,7% и высоким удельным сопротивлением фильтрации.

Согласно СНиП [2], количество избыточного активного ила в сутки определяется по следующей формуле:

P_i = 0,8C_cdp + 0,3L_en,

где P_i  — прирост активного ила, мг/л; C_cdp — концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей в аэротенк, мг/л; L_en — биохимическое потребление кислорода (БПК) сточной водой, поступающей в аэротенк, мг/л.

Для сооружений на 500 м³/сут. это составит 76 кг/сут. по сухому веществу или 9,6 м³ уплотнённого ила влажностью 99,2% или 0,38 м³ обезвоженного ила влажностью 80%.

В сооружениях без первичных отстойников с УФС на входе получается 118,9 кг/ сут. по сухому веществу, то есть 14,9 м³ уплотнённого осадка.

Биоплёнка после биофильтров обводнена меньше — её влажность составляет в среднем 96%. В инновационных погружных биофильтрах (биороторах) с ершовой насадкой, сконструированных профессором Н. И. Куликовым, суточный прирост биоплёнки определяется:

P_i = 0,5C_cdp + 0,1L_en,

что для сооружений на 500 м³/сут. даёт 40,1 кг/сут. по сухому веществу, 1,01 м³ уплотнённого осадка с влажностью 96% и 0,162 м³ обезвоженного осадка влажностью 75%. Как видно, это более чем вдвое меньше. Кроме того, в этом случае осадок имеет существенно бóльшую зольность и меньшую склонность к загниванию, он вполне может быть использован в качестве корма для рыб, а также птиц и других домашних животных.

Для сооружений, в которых не предусмотрено механическое обезвоживание осадков, они обезвоживаются на иловых площадках, имеющих потребную площадь 2 м³/м² в год, что для сооружений на 500 м³/сут. даёт суммарно

14,9/(2×365) = 2719,25 м².

Либо нужно вывозить по 15 м³ ила на утилизацию ежедневно. Однако — за чей счёт?

Бактериальная заселённость осадков

Бактериальная заселённость осадков на порядок выше, чем сточных вод. Осадки бытовых стоков содержат большое количество яиц гельминтов.