Схемы очистки поверхностного стока

Очистка поверхностного стока с городских селитебных территорий может производиться как самостоятельно, так и совместно с очисткой городских сточных вод. В первом случае на устьевых участках главных коллекторов применяют локальные и централизованные очистные сооружения, размещаемые за пределами городской застройки ниже по течению основного водотока. Второй случай применяется при повышен­ных требованиях к степени удаления загрязняющих веществ, а также в системе полураздельной канализации. Выбор схемы отведения и очистки поверхностного стока должен быть обоснован технико-экономическим сравнением вариантов. Согласно расчетам НИИ КВОВ и ЛНИИ АКХ полураздельная система канализации целесообразна (по приведенным затратам) при интенсивности дождя g₂₀¹ ≤ 100 л/с га (табл. 9.4). Степень очистки поверхностных вод совместно с городскими сточными водами (при полураздельной системе канализации) очень высока и на выходе из сооружений биологической очистки содержание взвешенных веществ органических соединений, выраженных БПК_полн, не превышает 15-20 мг/л.

В США в настоящее время считается наиболее целесообразным строительство раздельной системы канализации. Это объясняется степенью влияния сбрасываемых стоков на экологическое состояние водоема. Проведенные американскими специалистами расчеты показывают, что при ливне более 70% хозяйственно-бытовых сточных вод сбрасывается из общесплавной канализации в водоем без очистки. В Сан-Франциско, для которого характерны продолжительные периоды сухой и дождливой погоды, первые порции дождей приносят на очистные сооружения такое количество механических примесей, при котором решетки и песколовки засоряются. При больших гидравли­ческих нагрузках (в период дождей) имеет место значительный вынос биомассы из вторичных отстойников, а в результате повышенного содер­жания минеральных нерастворенных веществ снижается эффективность сбраживания осадка. Таким образом, поверхностный сток при общесплавной канализации, с одной стороны, ухудшает работу очистных сооружений, а с другой - значительно загрязняет водоем за счет сброса избыточных неочищенных сточных вод. В связи с этим в США в послед­нее время начали строить раздельные системы канализации. Так, если в 1900 г. из 20 самых крупных городов раздельная система канализации была только в двух городах (Балтимор и Нью-Орлеан), то в 1970 г. Их было уже девять, в том числе Лос-Анджелес, Хьюстон, Даллас, Балтимор, Сан-Диего и др.

Как правило, поверхностный сток с территорий промышленных предприятий должен отводиться самостоятельной сетью канализации. Однако допустимо совместное отведение поверхностного стока с производственными сточными водами, содержащими аналогичные по виду и концентрации примеси загрязнений. Распространенным вариантом является сброс в дождевую канализацию продувочных вод оборотных систем водяного охлаждения. В этом случае может повы­шаться солесодержание поверхностного стока, что отрицательно влияет на его использование в системах технического водоснабжения.

Переход на раздельные и полураздельные системы канализации характерен для всех стран. В городах Европы, как правило, в их старой части, сохраняется общесплавная система, а в новых районах принята раздельная канализация.

При разработке схемы отведения и очистки поверхностного стока с промышленных площадок необходимо учитывать источники, характер и степень загрязнения территории и атмосферы, размеры, конфигурацию и рельеф водосборного бассейна, наличие свободных площадей для строительства очистных сооружений и др. Выбор схемы отведения и очистки поверхностного стока должен осуществляться на основе оценки технической возможности и экономической целесообразности следую­щих мероприятий:

• использования неочищенного поверхностного стока в системах технического водоснабжения;

• локализации тех участков производственных территорий, на которых возможно попадание на поверхность специфических загряз­нений, с отводом стока в производственную канализацию или после их предварительной очистки - в дождевую сеть;

• раздельного отведения поверхностного стока с водосборных площадей, отличающихся по характеру и степени загрязнения терри­тории;

• самостоятельной очистки поверхностного стока;

• подачи поверхностного стока на общезаводские очистные сооружения для совместной с производственными сточными водами очистки.

Наиболее перспективным следует считать вариант использования очищенного поверхностного стока в системах производственного водоснабжения. В этом случае целесообразно после аккумулирования и отстаивания направлять поверхностный сток для дальнейшей очистки и корректировки ионного состава на сооружения водоподготовки.

На крупных предприятиях, включающих производства с разно­образными технологиями, поверхностный сток с территории отдельных производств может значительно различаться. В таких случаях рацио­нально направлять поверхностный сток отдельных водосборных площадок в производственную канализацию или перед сбросом в дождевую канализацию подвергать его предварительной очистке. Так, на машиностроительных предприятиях целесообразно предусматривать локальные сооружения, например нефтеловушки, для очистки поверх­ностного стока с площадок разбора машин, их ремонта и испытания различных механизмов. Такие сооружения позволяют удалять основное количество загрязнений из локального потока поверхностного стока простым и относительно дешевым методом и тем самым облегчить работу централизованных очистных сооружений. Иногда целесообразно устраивать контрольные емкости для сбора поверхностного стока с отдельных участков и направлять его в дождевую или производственную канализацию в зависимости от качества.

Такие решения применяются на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, на которых в поверхностный сток могут попадать токсичные примеси. Схема отведения должна предусма­тривать, по возможности, самотечную подачу поверхностного стока на очистные сооружения.

Схема очистных сооружений прежде всего зависит от расхода, подаваемого на очистку, и требуемой степени очистки. Для снижения производительности очистных сооружений сток, как правило, усред­няют. Степень очистки поверхностного стока в зависимости от принятой схемы отведения определяется требованиями к качеству воды, исполь­зуемой в технологических процессах, или условиями спуска его в водные объекты. Качество воды, используемой на производственные цели, устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от назна­чения воды, требований технологического процесса, используемого сырья, оборудования и готового продукта производства, а также сани­тарно-гигиенических условий.

Предусматривается, как правило, механическая и физико-химическая очистка поверхностного стока. В зависимости от характеристики и требуемой степени очистки могут использоваться: решетки, песколовки, отстойные сооружения различных типов, аккумулирующие емкости, фильтровальные сооружения, флотаторы, сооружения для  реагентной и биологической очистки. Очистные сооружения могут быть открытого и закрытого типов.

На рис. 9.1 дана технологическая схема очистки дождевого стока с территории Самары. Очистные сооружения располагаются на 4 площадках. Для транспортировки сточных вод на площадки очистных сооружений планируется построить 7 перекачивающих насосных станций и 7 регулирующих резервуаров. В основу технологических схем положены современные физико-химические методы очистки сточных вод. В них учитывается также непрерывное поступление на сооружения сосредоточенных расходов сточных вод (дренажных вод, теплосетей, грунтовых вод и условно-чистого промстока). В таких случаях очистные сооружения будут работать круглосуточно на пропуск расхода сточных вод в "сухой" период, а в "мокрый" - и на расход от выпадения атмо­сферных осадков и таяния снега.

Использование на очистных сооружениях дождевых вод техноло­гических методов, позволяющих извлекать соли тяжелых металлов и уменьшать общее солесодержание, считается нецелесообразным и не применяется в мировой практике. Для снижения загрязнения водных объектов стоками дождевой канализации, наряду со строительством современных очистных сооружений, требуется:

• строительство сооружений очистки сточных вод на промышлен­ных предприятиях и промплощадках, в составе дождевого стока которых имеются специфические загрязнения. Особое внимание следует уделять вопросу подключения к дождевой канализации систем отведения поверхностного стока с территории автозаправочных станций, автосто­янок и гаражей;

• осуществлять своевременную уборку территории города.

При самостоятельной очистке поверхностного стока с городских территорий в состав очистных сооружений рекомендуется включать решетки, песколовки и отстойники с механизированным удалением осадка (горизонтальные или радиальные). Для обеспечения более высокой степени очистки могут применяться тонкослойные отстойники торцевого типа или радиальные отстойники с встроенной камерой флокуляции.

Для станций большой производительности целесообразно устраи­вать пруды-отстойники или аккумулирующие емкости, оборудованные решетками и специальными секциями для удаления песка и плавающего мусора.

Отстойные сооружения должны иметь устройства для задержания и периодического удаления всплывающих нефтепродуктов и осадка. Для удаления нефтепродуктов с поверхности при переменном уровне воды в конце секций рекомендуется предусматривать нефтесборные лотки, оборудованные щитовыми затворами с верхним переливом, а при постоянном уровне воды в отстойных сооружениях - щелевые поворот­ные трубы или другие нефтесъемные устройства. Должны быть предусмотрены устройства для сбора и сгона всплывших нефте- и маслопродуктов. Всплывшие продукты удаляются по мере накопления в специальные резервуары для обезвоживания и затем вывозятся на утилизацию.

Отстаиванием не удается обеспечить необходимый эффект очистки. Более глубокая степень очистки воды достигается фильтрованием ее через различные загрузки из природных и синтетических материалов. В настоящее время применяют фильтры из песка, керамзита, пенополи­уретана, пенополистирола, сипрона, древесной стружки, вулканических шлаков, аглопорита, торфа, цеолитов и др.

При благоприятных гидрогеологических условиях и расходах до 300 л/с используются очистные сооружения закрытого типа. В состав каждой секции таких сооружений, а их должно быть не менее двух, входят решетка, песколовка, горизонтальный отстойник с бункером для накопления осадка и системой нефтемаслосбора и встроенные или сблокированные с отстойником кассетные фильтры. Эффект осветления воды при скорости фильтрования 5-7 м/ч через загрузку из синтети­ческих или нетканых материалов кассетных фильтров высотой 0,5 м составляет 60-80 % в зависимости от исходной концентрации.

При совместной очистке поверхностного стока с селитебной территории города и городских сточных вод в технологическую схему станции аэрации добавляются регулирующие емкости, а в ряде случаев применяется контактно-стабилизационный метод (рис. 9.2).

Схема совместной очистки зависит от способа подачи сточных вод на станцию аэрации. При подаче городских сточных вод и поверх­ностного стока по единому коллектору разделительную камеру устанавливают после песколовок. Время пребывания смеси сточных вод в первичных отстойниках должно быть не менее 1 ч.

В качестве регулирующей емкости применяются горизонтальные или радиальные первичные отстойники. Объем регулирующей емкости определяется из условия опорожнения ее в течение 24 ч с момента начала дождя. Из регулирующей емкости сточная вода после отстаивания подается в аэротенки в количестве не более 50% от расхода, на который они рассчитаны. Суммарный расход обрабатываемой в аэротенках сточной воды не должен превышать 1,5 расхода в сухую погоду. Контактно-стабилизационный метод применяется при наличии на станции аэрации аэробных стабилизаторов для обработки избыточного активного ила. Время контакта при очистке смеси ГСВ и ПС при дозе ила в контактном резервуаре 3 г/л должно составлять 30 мин, а при самостоятельной очистке поверхностного стока (ПС) и дозе ила 4 г/л достаточно 15 мин. При расчете сооружений исходят из условия, что весь стабилизированный избыточный активный ил станции аэрации используется 1 раз в течение одного дождя. Расход воздуха в контактном резервуаре принимается 5 м³ на 1 м³ сточной воды.

Если очистить весь объем поверхностного стока за счет форсиро­ванной работы аэротенков или контактно-стабилизационным методом невозможно, то дополнительно предусматривается устройство накопи­тельного резервуара. Из этого резервуара в период снижения поступле­ния общего расхода на станцию аэрации сточные воды попадают в аэротенк. Сооружения по первичной очистке поверхностного стока необходимы для защиты емкостных сооружений от нефти и других плавающих примесей, крупных тяжелых предметов, уплотняющихся и цементирующихся материалов. Извлечение указанных примесей позволит сохранить чистоту поверхности емкостных сооружений, взрыво- и пожаробезопасность, удаление выпадающего осадка сред­ствами гидросмыва. В качестве сооружений первичной очистки могут быть песколовки либо нефтеловушки на краткосрочное отстаивание воды.

Аккумулирование и осветление поверхностного стока целесо­образно совмещать. Осветление повышается при введении реагентов перед отстойниками-аккумуляторами. За сутки отстаивания с добавкой реагентов концентрация взвешенных веществ уменьшается до 15-20 мг/л, БПК₅ воды снижается до 5-10 мг/л, концентрация нефти - до 0,3-0,5 мг/л. Если одновременно вводить реагент-дезинфектант, то можно сократить до минимума санитарные разрывы вокруг сооружений. Вероятно, для относительно небольших бассейнов стока следует при­менять безреагентное аккумулирование-отстаивание дождевых вод. Возведение отстойников-аккумуляторов позволяет поставить вопрос о приеме снега для таяния в зимний период, когда нагрузка на систему резко падает. В таком случае целесообразно изучить возможности использования низкопотенциального тепла сбросных вод ТЭЦ и пром-предприятий. Комплекс очистки дождевых вод и установок по таянию снега решает проблему загрузки сооружений и персонала круглый год.

Применение реагентов для осветления сточных вод ставит перед исследователями задачу формирования их свойств. Желательно на основе известных коагулянтов - соединений железа и алюминия -создать семейство реагентов, обладающих свойствами сорбции примесей, ионного обмена, обеззараживания и детоксикации воды. Отдельные разработки в этом направлении показывают возможность синтеза моно- либо полиреагентов с заданными свойствами, действие которых будет направлено на достижение одной либо нескольких целей в зависимости от свойств сточных вод и условий ведения процесса (температуры воды, рН и щелочности среды, солесодержания, концентрации примесей и т.п.).

Синтезированные полиреагенты помогут устранить затруднения, возникающие при изменении качества поверхностных вод в различные сезоны года. Фильтрование сточных вод необходимо не только в тех случаях, когда требуется снижение концентрации взвешенных веществ. В составе частиц взвеси либо на их поверхности содержатся примеси, количество которых жестко лимитируется независимо от агрегатного состояния и вида связи с другими загрязнениями: нефтепродукты, соли тяжелых металлов, пестициды и другие токсические вещества. Напри­мер, после фильтрования в воде остаются только растворенные нефте­продукты, количество которых колеблется в пределах 0,2-0,3 мг/л; если же вода не фильтровалась, количество нефти возрастает до 0,3-0,5 мг/л. Для фильтрования могут применяться самые разнообразные загрузочные материалы. При их выборе следует учитывать условия отстаивания воды и свойства поверхности материалов. При безреа-гентном.отстаивании образуются пленки нефтепродуктов и флокулы из эмульгированных примесей, которые затем прилипают к поверхности гидрофобных либо гидрофобизированных загрузок фильтров. Предвари­тельная коагуляция воды до отстаивания приводит к включению в хлопья образующихся гидроксидов эмульгированной нефти и предотвращению ее налипания на поверхности загрузки. Дополнительный эффект очистки достигается при использовании загрузок, обладающих сорбционными и ионообменными свойствами, например, алюмосиликатного сорбента, активизированного добавками различных веществ, избирательно либо коллективно изымающих вредные примеси из жидкости. Преимущества искусственных материалов особенно сильно проявляются при извле­чении железа, марганца, фтора и других компонентов загрязнений в дренажных и поверхностных водах. Сорбция загрязнений обычно обеспечивает глубокую очистку воды. Большое значение в этом случае имеет характер состояния загрязнений в воде. Например, тяжелые металлы могут находиться в воде в виде катионов, комплекса металлоорганических соединений. Нетрудно заметить, что катионы целесообразно извлекать при помощи минеральных ионообменных загрузок (цеолитов и искусственных сорбентов), в то время как металлоорганические соединения относительно легко удаляются при помощи активированных углей в различных формах и агрегатном состоянии. Разумно было бы оценить вредные свойства примесей при совместном Их присутствии в воде на уровне НДК, т.е. оценить токсич­ность воды после сорбционной доочистки при различном эффекте извлечения наиболее вредных примесей.

На рис. 9.3 изображена схема отведения и очистки дождевых вод относительно небольшого объекта (площадки асфальтобетонного завода).

Поступление сточных вод самотечное. По ходу движения стоки проходят нефтеуловительную камеру 1 с гидрозатвором, камеру 2 для погружного насоса (в камере установлена решетка корзиночного типа) и поступают в отстойник-аккумулятор 3. Коагуляция воды осуще­ствляется в контактном режиме (разовая подача реагента, перемешивание воды с насосом и затем отстаивание). Осветлённая вода подается на фильтры с загрузкой, позволяющей очищать воду механически и извлекать нефть сорбцией. Установка может эксплуатироваться в режиме поступления больших расходов воды (ливневый сток) при уровне Ъ_х и малых расходов (дренажный сток) при уровне Z₂. Возможна безреагентная схема очистки слабо концентрированных сточных вод.

Насос используется для очистки сети от песка и осадка через бункер, либо для перекачки воды при средних расходах с целью рационального использования объема отстойника (уровень Z при средних расходах воды).

На рис. 9.4 показана схема относительно большой промзоны (более 50 га) с глубоко уложенной сетью.

Сточные воды поступают в камеру 1 для улавливания нефти и песка, далее в насосную станцию 2, а затем в отстойник-аккумулятор 3. Реагентное (либо безреагентное) осветление и фильтрование воды осуще­ствляется аналогично.

На основе данных лабораторных и промышленных исследований СПбГАСУ рекомендована принципиальная схема очистки (рис. 9.5), позволяющая очищать стоки до требуемых концентраций при исходной загрязненности, близкой к максимальной.

При исходных концентрациях загрязнений в дождевом стоке, близких к средним значениям, из состава очистных сооружений может быть исключена ступень сорбции 5. При более низких значениях исход­ной загрязненности могут исключаться ступени 5 и 3 или 4 (в зави­симости от конкретных значений загрязнений). Кррме того, предла­гаемая схема очистки позволяет исключать ступени глубокой обработки воды при снижении требований к качеству очищенных вод и компоновать состав очистных сооружений из отдельных модулей.

Для очистки поверхностных сточных вод с городской территории институтом МосводоканалНИИпроект, по рекомендациям ВНИИ ВОДГЕО, была предложена технологическая схема, приведенная на рис. 9.6.

Технология очистки предполагает сбор всего объема выпавшего дождя в аккумулирующей емкости, пребывание в которой обеспечивает удаление взвешенных веществ до 100 мг/д и нефтепродуктов - до 30 мг/л, а также фильтрацию через две и более ступеней пористых материалов - мезопористых ископаемых углей (МИУ). Одна ступень МИУ обеспечивает удаление взвешенных веществ до ПДК рыбохозяй-ственных водоемов и нефтепродуктов - до 0,3-1,2 мг/л. При необхо­димости более глубокой очистки на последней ступени рекомендуется использовать материалы, обладающие высокой сорбционной способ­ностью (в частности, березовый активированный уголь - БАУ). При высоких исходных концентрациях нефтепродуктов возможна пятисту­пенчатая фильтрация через керамзит, МИУ и БАУ

Основными недостатками последних двух схем являются высокая стоимость сорбционных материалов и дефицитность угольных загрузок, а также практическая невозможность регенерации последних в произ­водственных условиях и, следовательно, необходимость периодической их замены. о ю Для регулирования расхода поверхностного стока с селитебных территорий с точки зрения последующей очистки целесообразно использовать аккумулирующие резервуары, позволяющие одновременно усреднять расход стока, концентрацию загрязнений и очищать стоки от основной массы нерастворимых примесей. Строительство автозапра­вочных станций в стране, а также усиление контроля со стороны экологических органов вызвали повышенный спрос на компактные быстровозводимые (3-4 дня) очистные сооружения полной заводской готовности для очистки дождевых сточных вод с территории станции, содержащих нефтепродукты, и хозяйственно-бытовых сточных вод от санузлов. Торговый дом "Инженерное оборудование" разработал и организовал производство установок "Свирь-1,5" для очистки дождевых сточных вод с территории 0,12 га с расчетным расходом стока, отво­димого в резервуар насосной станции, 1,5 л/с (период однократного превышения интенсивности дождя принят 0,33 года). На рис. 9.7, 9.8 представлены установка и ее компоновка на площадке.

Сточные воды, содержащие взвешенные вещества (в основном песчаные и глинистые частицы, а также нефтепродукты в количестве соответственно 300-500 и 10-50 мг/л), собираются в дождеприемном "- колодце, а затем поступают в насосную установку. На входе в установку они проходят контейнер для задержания крупных включений, далее с помощью погружного насоса перекачиваются в блок очистки, где поступают в пескоулавливающий бункер, затем - в отстойник (вначале в зону предварительного отстаивания, затем - в тонкослойный блок). В пескоулавливающем бункере за счет тангенциального подвода воды выделяются крупнодисперсные частицы (свыше 0,2 мм). В зоне предварительного отстаивания задерживаются: основная часть песчаных частиц крупностью 0,05-0,2 мм, агломерированные частицы глины и мелкие отбросы, поступающие в приямок отстойника. Крупные частицы эмульгированных нефтепродуктов всплывают на поверхность воды. Предварительно осветленная вода поступает в тонкослойный блок отстойника, протекая от верхней входной зоны до нижней выпускной. При этом в каждом ярусе частицы с массой больше, чем масса воды, выпадают на дно яруса, легкие частицы движутся вверх вдоль "пото­лочной" части. Тяжелые частицы с полок попадают во второй приямок отстойника, а легкие присоединяются к пленке на поверхности воды. Наличие зоны предварительного отстаивания снижает интенсив­ность зарастания межполочного пространства зоны тонкослойного отстаивания, упрощающая эксплуатацию. Осветленная вода сливается в фильтр. Осадок из приямков периодически удаляется ассенизационной машиной, нефтепродукты с поверхности воды собираются поворотной трубой в емкость, из которой периодически направляются в котельную после дополнительного отделения воды. Осадок рекомендуется вывозить на иловые площадки близрасположенных канализационных очистных сооружений.

Фильтрация осуществляется в направлении "сверху вниз" через плавающую загрузку из гранул пенопол и стирола, обладающего высокой задерживающей способностью к мелкодисперсным твердым и жидким частицам и хорошей грязеемкостью. Пригрузка плавающего фильтру­ющего слоя осуществляется щебнем, расположенным на металлической решетке. Фильтрующая вода отводится через дренаж большого сопро­тивления. По мере загрязнения загрузки ее сопротивление потоку воды растет, и уровень воды над ней повышается.

После достижения предельного уровня (определяется по поплавку) загрузку промывают залповым пропуском через нее большого расхода воды в направлении фильтрации. С этой целью в работу включают дренаж малого сопротивления за счет открывания вентиля на сбросе из дренажа в канализационную насосную станцию. При проходе большого потока воды через загрузку она расширяется, и загрязнения, задержан­ные в промежутках между гранулами и на их поверхности, вымываются. Промывная вода поступает в приемный резервуар канализационной насосной станции и перекачивается на очистку. После снижения уровня воды (контроль по поплавку) вентиль закрывается, и возобновляется режим фильтрации. Промывку нельзя осуществлять в период интен­сивного дождя.

Установка выполняется из листовой стали толщиной 5 мм, защи­щенной антикоррозионным покрытием. Тонкослойный блок изготавли­вается из оцинкованной стали. Пенополистирольная загрузка состоит из вспененных гранул полистирола. В табл. 9.5 приведены результаты эффективности очистки сточных вод по этапам.

По технологической схеме, примененной в установке "Свирь-1,5", построена и эксплуатируется установка "Свирь-10" производи­тельностью 10 л/с с аналогичными показателями по эффективности очистки сточных вод.