Cloaca maxima – так назывался в Древнем Риме большой закрытый сточный канал сечением 5,3 на 4,4 м, проходивший от форума к Тибру между Капитолийским и Палатинским холмами.
Строительство в 184 г. до н. э. ряда аналогичных сооружений обошлось римской казне в 24 млн сестерциев. О том, какое большое значение придавали канализации жители "вечного города", свидетельствует и тот факт, что в одной из своих ипостасей богиня Венеры именовалась Клоакина ("очистительница") и выполняла функции "надзора" за городскими стоками. Так что вопрос утилизации сточных вод волнует человечество уже не одну тысячу лет. Не утерял он актуальности и сегодня. Более того, в связи с активным коттеджным строительством и возведением большого числа отдельно стоящих зданий последние несколько лет в России наблюдается особенно острый интерес к современным очистным технологиям. Безвозвратно ушла в прошлое банальная выгребная яма. А что же пришло ей на смену?
Безусловно, самым простым и эффективным решением проблемы сточных вод для загородного дома, придорожного кафе или АЗС является подключение к центральной канализационной системе. В водоохранных зонах каналов, водохранилищ и рек подсоединение к инженерным сетям обязательно. Однако далеко не во всех поселках, не говоря уже об изолированно расположенных постройках, имеется такая возможность. Да и размер взноса за подключение к коллектору может составить несколько тысяч долларов.
Поэтому в ряде случаев лучшим, а нередко и единственным выходом из положения остается использование индивидуальных систем очистки бытовых сточных вод.
Все локальные очистные сооружения можно условно разделить на два основных типа: компактные установки биологической очистки и системы, основанные на природных фильтрационных свойствах почвы.
Первая схема на сегодняшний день считается оптимальным техническим решением утилизации бытовых стоков (особенно при круглогодичном проживании в загородном доме). Очистка происходит здесь с применением механического отстаивания взвешенных частиц и многостадийного биологического метода с последующим обеззараживанием очищенных вод. Биологическая очистка осуществляется за счет микроорганизмов, которые изначально присутствуют в сточных водах и размножаются в очистных сооружениях при создании благоприятных условий для их существования.
Основное преимущество систем почвенной очистки – энергонезависимость: их не нужно подключать к электрической сети. Благодаря этому они идеально под- ходят для домов с сезонным (как правило, летним) проживанием. Большинство систем биологической очистки нельзя отключать от электричества.
Системы, использующие метод почвенной очистки, подразделяются на два типа: с последующим поглощением сточных вод и последующей почвенной фильтрацией. Поглощение осуществляется естественным путем за счет использования самоочищающей способности грунта, а фильтрация происходит через искусственно созданный почвенный фильтр. Выбор способа почвенной очистки зависит от состава и характеристик грунта земельного участка.В песчаных и суперпесчаных грунтах наиболее экономичным и эффективным является устройство поля поглощения: сточные воды уходят в грунт через перфорированные трубы, уложенные в слой щебня высотой примерно 40 см.
При глинистых и суглинистых грунтах (они водонепроницаемые и слабофильтрующие) и высоком уровне грунтовых вод (глубина залегания – менее 2,5 м) специально устраивают песчано-щебеночное поле фильтрации или даже несколько фильтрующих траншей. В траншее несколько слоев щебня и песка, в которые уложены перфорированные трубы. Рекомендуемая протяженность такого сооружения – 20–25 м, что увеличивает степень очистки до 95–98 %. Серые воды, проходящие через такой фильтр, собираются в дренажные канавы и отводятся с территории. Фильтрующий слой необходимо периодически менять. Но не часто – один раз в 10–15 лет.
Первый этап одинаков для обеих схем очистки сточных вод. Это механическая фильтрация. Стоки пропускаются через разного рода решетки и отстойники, благодаря чему взвешенные частицы, содержащиеся в сточных водах, оседают на дно. В некоторых системах очистки на этом же этапе предусмотрено обезжиривание вод.
Работу отстойника можно проиллюстрировать на примере соответствующего звена установки "ЛОС-5", производимой ООО "Импульс-Пласт". Отстойник этого очистного сооружения представляет собой трехкамерную емкость, в которую сточные воды поступают самотеком из дома по входящему трубопроводу, и происходит плавное движение жидкости из одной осадочной камеры в другую. При этом взвешенные частицы оседают на дно и образуют осадок – ил, подвергающийся медленному процессу анаэробного (без доступа кислорода) брожения, во время которого часть загрязнений растворяется в воде, а другая – скапливается на дне отстойника в виде нерастворимых минеральных веществ.
Анаэробный процесс проходит в две стадии. Сначала вследствие кислого брожения белки, жиры и углеводы разрушаются до низших жирных кислот (уксусной, муравьиной, масляной), двуокиси углерода, аммиака, сероводорода, спиртов и ряда других соединений. На второй стадии происходит метановое брожение: жирные кислоты, спирты и другие соединения, образовавшиеся ранее, разлагаются до метана, двуокиси углерода и водорода. Этот процесс осуществляется с помощью бактерий, естественным образом образующихся в бытовых сточных водах, а также микробиологических препаратов, вносимых искусственным путем. Выделяющиеся при этом газы отводятся в атмосферу через вентиляционно-вытяжную систему канализации. Требования к кубатуре отстойника (тройной объем суточного водопотребления) продиктованы тем, что для эффективности анаэробного процесса необходимо определенное время – не менее трех дней.
Отстойники других производителей могут иметь конструкцию и объем, отличные от вышеприведенного, но принцип действия всех агрегатов этого типа примерно одинаков. В некоторых установках ("Лидер", "Биофлуид", "Тверь") отстойники интегрированы в общий корпус, в других – представляют собой отдельный модуль (Green Rock, Uponor, "Биомастер", "Альта").
Рассмотрим дальнейшую судьбу стоков в компактных установках биологической очистки на примере "ЛОС-5". Из отстойника они поступают в аэротенк, где насыщаются кислородом воздуха (аэрируются). Одновременно с этим происходит интенсивное перемешивание аэрированной воды. Механизм очищения, применяемый в аэротенке, основан на биологическом процессе удаления загрязняющих веществ с помощью активного ила, т.е. сообщества бактерий, обитающих колониями в виде взвешенных в воде хлопьев. В присутствии кислорода эти микроорганизмы поглощают и окисляют органические вещества, как растворенные (например, сахар), так и коллоидные (например, раствор муки в воде). Чем больше загрязнений уничтожают бактерии активного ила, тем интенсивнее они размножаются. Для эффективного и быстрого роста бактерий в системе используются микробиологические препараты, состоящие из живых клеток и ферментов.
Степень метаболической активности достигает предела, когда бактерии становятся многочисленными и начинают скапливаться в макроколонии, включая в единое целое также и мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде. Так образуются хлопья размером от 1 до 10 мм, которые, будучи плотнее воды, устремляются ко дну и образуют ил. В результате уничтожается большая часть загрязняющих органических соединений, и стимулируются реакции для очистки азотной фракции.
Азот удаляется в два этапа, первый из которых определяется как нитрификация и выполняется благодаря присутствию кислорода. При этом аммиак, растворенные аммонийные соединения и продукты разложения протеинов оксидируются и трансформируются сначала в нитриты, а потом – в нитраты, которые на следующем этапе – денитрификации превращаются в газообразный азот, не являющийся загрязняющим веществом.
Излишек активного ила содержит органическую фракцию, в дальнейшем подлежащую биологическому разложению, и неорганическую. При отсутствии подачи сточных вод в аэротенк биомасса, содержащаяся в иле, сама себя питает, сильно сокращаясь. Неразложимый остаток органической и неорганической фракций, составляющий в целом несколько килограммов в год, должен периодически удаляться.
Перед сбросом стоков на рельеф проводят хлорирование, предназначенное для дезинфекции воды на выходе. В агрегате "ЛОС-5" очищенная вода вступает в контакт с таблеткой медленного высвобождения хлора, помещенной в специальную камеру хлорирования. Наконец, после обеззараживания очищенные стоки поступают в сборно-распределительный колодец, откуда дренажным насосом перекачиваются на рельеф.
Аналогичные схемы очистки применяются в системах "Осина", "Эколайн", "Фаворит плюс" и некоторых других.
Очистка стоков в установках "Топас", "Юбас", "Биотал", "Циклон" и их аналогах происходит благодаря так называемым SBR-реакторам. Если в классическом непрерывном аэротенке происходит только окисление органических загрязнений, то в SBR-реакторах число операций расширено за счет аноксидного процесса, который протекает при прекращении аэрации, но при живой аэробной массе. Реакции в SBR-реакторах проходят очень интенсивно благодаря высокой концентрации аэробных групп бактерий. Кроме того, условия в данных установках оптимальны для развития одноклеточных микроорганизмов, поедающих малоактивные бактерии и тем самым омолаживающих активный ил. Сооружения с SBR-реакторами можно рассматривать как экологически замкнутые системы: степень очистки стока (98–99 %) позволяет использовать очищенную воду для полива, а образующийся активный ил похож на речной и является ценным удобрением.
В установках, использующих метод почвенной очистки, немаловажное значение имеет правильное устройство систем поглощения и фильтрации. Вот какую схему, например, рекомендует применять компания Uponor. Осветленные воды из отстойника поступают по трубам в распределительный колодец, оборудованный регулятором потока воды и шибером. Регулятор служит для поддержания постоянного уровня воды, подаваемой в распределительные трубы, а шибер – для равномерного разделения потока во время усиленного поступления стоков. Из распределительного колодца вода попадает в специальные перфорированные трубы (так называемые распылители), уложенные в слое щебенки под уклоном 5-10 мм/м. На концах распылителей предусмотрены выходящие на поверхность отводы для вентиляции. Трубы-распылители могут быть проложены как в отдельных канавах, так и на общем поле поглощения или фильтрации.
При системе поглощения стоков вода, пройдя через щебенку, уходит дальше в землю, где подвергается доочистке. Иначе устроена система фильтрации: здесь стоки, просочившись через пласт щебня толщиной 30–40 см, попадают в слой песка толщиной 1-1,2 м, в нижней части которого проложены коллекторные трубы. По ним профильтрованная вода поступает в коллекторный колодец, из которого по дренажной трубе отводится к подходящему месту для сброса воды на рельеф.
Поле фильтрации может располагаться выше уровня установки отстойника. В этом случае осветленные воды подаются наверх при помощи насосной системы.
Как известно, спрос рождает предложение. Сегодня российский рынок очистных сооружений предоставляет весьма широкий выбор продукции отечественных и зарубежных производителей. Как правило, на выбор покупателем той или иной системы оказывают влияние такие параметры, как цена, производительность и материал, из которого изготовлена конструкция. Не менее важны требования по монтажу и удалению осадка, а также степень очистки стоков на выходе. Одни очистные сооружения требуют регулярного (не реже раза в год) выкачивания накопившегося минерализованного осадка посредством ассенизационной машины, для других – достаточно раз в три года вручную поменять фильтр. Гидрологические, климатические и рельефные условия, в которых будет работать установка, также устанавливают определенные ограничения на выбор очистного сооружения. Наконец, не последнее значение для потребителя имеет срок предоставляемой производителем гарантии.
Очистные сооружения серии "Топас", производимые (владелец марки – ООО ПО "Топол-Эко"), выполнены из интегрированного полипропилена и имеют производительность от 1 до 30 м3/сут, т.е. число пользователей этих систем может достигать 150 человек. После очистки в этих сооружениях стоки могут сбрасываться в водоемы. Удаление осадка производится штатным насосом без вызова ассенизационной машины. Стоимость систем "Топас" с монтажом "под ключ" – от 3500 долл.
Серия очистных сооружений "ЛОС" компании "Импульс-Пласт" рассчитана на меньшие объемы стоков (количество проживающих – не более 10 человек). Комплексная очистка сточных вод осуществляется в них с применением механического отстаивания (в анаэробных условиях) и многостадийного биологического метода (аэрации) с последующим хлорированием очищенных вод. Изготавливаются из полиэтилена. Стоки могут сбрасываться на рельеф. Удаление осадка – дважды в год без применения спецтехники. Стоимость систем "ЛОС" с монтажом – от 3500 долл.
ООО "ФСТ-Сервис" производит очистные сооружения "Фаворит плюс", которые представляют собой железобетонные моноблоки, объединяющие двухсекционный метантенк (т.е. емкость для удаления загрязняющих веществ с помощью анаэробных бактерий, осуществляющих метановую ферментацию органики) и фильтрующую камеру. Это надежные и эффективные сооружения, легко противостоящие подвижкам грунта, но раз в 3–5 лет требующие удаления осадка при помощи ассенизационной машины. Стоимость с монтажом – от 3500 долл.
Системы серии "Коттедж-Био", производимые ООО "Лига-Б", – это набор установок полной заводской готовности, выполненных в монолитном железобетоне или металле со специальным двухслойным двухсторонним защитным покрытием. Эффективность очистки – до 99 %. Для удаления осадка раз в год требуется вызов спецтехники. Стоимость с монтажом "под ключ" – от 3500 долл.
Среди предлагаемой ЗАО "Торговый дом "Инженерное оборудование" линейки очистных сооружений "Тверь" есть установки, изготовляемые как из стали, так и из полипропилена. По производительности данные системы имеют широкий диапазон – от рассчитанных на небольшую семью до предназначенных для целого коттеджного поселка. Установки выполнены в едином герметичном многосекционном корпусе, содержащем отстойник, биореактор, аэротенк, камеру обеззараживания. Системы "Тверь" применяются, главным образом, при глинистых грунтах и высоком уровне почвенных вод. Сброс – в водоемы и на рельеф. Частота и способ удаления осадка зависят от модификации. Стоимость с монтажом – 2700 долл.
ООО "Новый завод колодцев и труб" поставляет на рынок очистные системы "Золотарь", работающие по принципу метантенка и состоящие из трех камер, в которых фекальные воды отделяются от органических примесей, осветляются и биологически очищаются на фильтрующих и сорбентных материалах. Камеры представляют собой водонепроницаемые железобетонные колодцы, оснащенные различными фильтрами. В установке не используется электромеханическое оборудование. Допускается сброс очищенных стоков в водоем. Удаление осадка производится раз в 5–10 лет при помощи ассенизационной машины. Покупка и установка системы "Золотарь" обойдется в сумму от 2030 до 5080 долл.
Многие установки биологической очистки сточных вод российского производства изготавливаются на основе пластиковых танков для септиков таких производителей изделий из полимерных материалов, как "Анион", "Элгад полимер", "Ротопласт" и "Импульс-Пласт".
Среди зарубежных производителей очистных сооружений одну из ведущих позиций занимает финская фирма Green Rock. Типичная установка этой марки представляет собой резервуар из полиэтилена, в котором биофильтрация производится с помощью пластин или патронов из каменного волокна. Вода из установки отводится либо в фильтрационный колодец, либо в траншею. Данная модель проста в эксплуатации, не требует подключения к электросети, однако раз в три года необходима замена фильтра. Стоимость с установкой – от 3700 долл.
Французская компания Calona-Purflo поставляет в Россию автономные системы биологической очистки из полиэтилена. Эти сооружения предназначены как для круглогодичного, так и для сезонного пользования, их производительность колеблется от 200 до 30000 л/сут. Удаление осадка должно производиться не реже, чем раз в пять лет. Сравнительно невысокая стоимость – от 1500 долл., включая сборку и установку, – объясняется тем, что оборудование поставляется комплектами, полностью готовыми для монтажа.
Международная корпорация Uponor на российском рынке предлагает два вида систем из полиэтилена: системы почвенной (Uponor Sako) и биохимической (Uponor Bio) очистки. В системах Uponor Sako, не требующих подключения к электрической сети, сточные воды проходят очистку в два этапа: осаждение взвешенных частиц в отстойнике и последующее поглощение или почвенная фильтрация. Удаление осадка производится один раз в год. Цена таких сооружений (с монтажом) – от 3000 долл. Есть выбор систем разной производительности – для домов с разным числом проживающих людей. СтоимостьUponor Bio (с монтажом) – от 8000 долл.
