Е. А. Хохрякова
Локальные очистные сооружения для загородного дома

1. Основные требования к современным локальным очистным сооружениям

   Выбор оптимального варианта локальных очистных сооружений (ЛОС) зависит от целого ряда факторов: характеристика грунтов, график проживания в загородном доме, доступность канализационного устройства для ассенизационной машины, количество пользователей, сумма денежных средств, которые владелец может себе позволить выделить на организацию необходимой инженерной системы, площадь участка, не занятая домовыми строениями.
   Ко всем сложностям выбора системы автономной канализации стоит еще прибавить широкое разнообразие ЛОС на рынке. Причем это разнообразие заключается не только в материалах исполнения и объемных характеристиках очистных сооружений (у ведущих производителей линейка моделей нередко охватывает объемы от 1 до 1000 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

), но и применяемых в них очистных технологиях. Поэтому определяться в выборе конкретного ЛОС лучше после консультаций с независимыми, но грамотными специалистами.
   Для обустройства систем автономной канализации загородных домов в качестве очистных сооружений обычно применяются септики и установки глубокой очистки, как правило, поставляемые к месту монтажа модулями заводского изготовления.
   Кроме того, возможен вариант системы автономной канализации со сливной ямой, оборудованной накопительной емкостью.

1.1. Нормативные документы, регламентирующие строительство ЛОС

   Основными нормативными документами, регламентирующими строительство и размещение ЛОС, в настоящее время являются:
   – СНиП 2.04.03–85 «Канализация. Наружные сети и сооружения»;
   – СНиП 30-02-97 «Планировка и застройка территорий садоводческих (дачных) объединений граждан, здания и сооружения».

1.2. Нормативные документы, регламентирующие степень очистки воды с помощью ЛОС

   Степень очистки воды с помощью ЛОС регламентируется:
   – СанПин 42-128-4690-88 «Санитарные правила содержания территорий населенных мест»;
   – СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» (введенные взамен СанПиН 4630-88 «Охрана поверхностных вод от загрязнения»);
   – СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников»;
   – СП 2.1.5.1059-01 «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения».

   Ко всем сложностям выбора системы автономной канализации стоит еще прибавить широкое разнообразие ЛОС на рынке.

2. Сбор стоков в накопительные емкости

Строго говоря, сливная яма не является очистным сооружением, однако при определенных условиях проживания в загородном доме может служить заменой ЛОС в составе автономной системы канализации (рис. 1). К тому же по объему капитальных затрат собственника загородного дома сливная яма – самый дешевый вариант, но вряд ли самый комфортный для решения проблемы утилизации сточных вод, которая в данном случае решается не за счет очистки стоков, а их накапливанием в замкнутом резервуаре с целью последующего вывоза.

   Рис. 1. Схема системы автономной канализации со сливной ямой с накопительной емкостью

   Обустроенная должным образом, с хорошей гидроизоляцией и необходимого объема сливная яма и сегодня может функционировать на дачном участке. Этот вариант даже может быть оправдан, если дом посещается эпизодически и, конечно, только в теплый сезон. При этом, как правило, исключаются частый прием ванн, стирка и другие процедуры, связанные со сливом больших объемов сточных вод. Необходимо наличие хорошего подъезда к участку, обеспечивающего ассенизационной машине доступ к сливной яме. Неприятный запах на участке также одна из сопутствующих особенностей данного варианта.

   Объем ёмкости выгребной ямы надо согласовать с подрядчиком, который будет предоставлять услуги по откачке и вывозу сточных вод.

   Следует помнить и то, что, выбирая вариант автономной канализации со сливной ямой, собственник загородного дома, сэкономив на этапе строительства, не только лишается многих бытовых удобств, но и вынужден будет регулярно оплачивать приезды ассенизационной машины (рис. 2).

Рис. 2. Ассенизационная машина: а – возле частного дома;

б – откачка сточных вод из накопительной емкости

2.1. Расчет емкости герметичной выгребной ямы

   Для расчета применяется следующая формула:

   V -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

= кол-во дней х число чел. х V сут./чел.,

   где V -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– объем выгребной ямы; кол-во дней – периодичность в днях, с которой производится выкачивание ямы (рекомендовано не реже 2-х раз в месяц, т. е. через 15 дней); число чел. – количество человек, которые постоянно проживают в доме; V сут./чел. – расходное количество воды в сутки на одного человека (приблизительно 150 л).
   Если одним человеком в день потребляется около 150 л воды, то для семьи из трех человек емкость согласно расчетам по указанной формуле должна быть объемом около 6,75 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

:

   15 х 3 х 150 = 6750 (л) = 6,75 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

.

   К этому объему необходимо добавить запас объема для перестраховки от неожиданных событий, которые могут по различным непредусмотренным причинам отсрочить от качку сточных вод.
   Объем ёмкости выгребной ямы надо согласовать с подрядчиком, который будет предоставлять услуги по откачке и вывозу сточных вод. При этом надо определить, сможет ли подрядчик вывезти весь объем содержимого выгребной ямы за один раз. С учетом возможной периодичности пользователь выбирает наиболее экономную схему вывоза.

2.2. Размещение на территории участка и глубина выгребной ямы

В соответствии с СанПин 42-128-4690-88 выгребная яма должна находиться на территории частного домовладения, стоки с которого в ней скапливаются. Расстояние до центрального водовода должно быть не менее 10 м, от колодца с питьевой водой не менее 20 м. Расстояние до фундамента своего или соседского дома должно быть не менее 10 м, до домовладений соседа – 8–10 м. Глубина выгребной ямы зависит от близости грунтовых вод, но она не может быть более 3 м.

2.3. Варианты исполнения

Ассортимент емкостей, которые позиционируются на рынке для решения указанной задачи, довольно широк как по объемам, так и по материалам исполнения. По материалу исполнения емкости для выгребных ям возможны следующие варианты: монолитная железобетонная конструкция, сборная конструкция из железобетонных колец, кирпичная кладка; пластиковая (полипропилен, полиэтилен) емкость, стеклопластиковая емкость (рис. 3). При этом наибольшей герметичности и надежности удается достичь использованием пластиковых емкостей, в том числе еврокубов и емкостей из стеклопластика. Однако следует помнить, что применение таких емкостей на тяжелых глинистых грунтах и особенно там, где близко к поверхности подступают грунтовые воды, чревато выпучиванием емкости на поверхность при замерзании грунта в зимний период. Чтобы избежать этого, относительно легкие пластиковые емкости и емкости из стеклопластика рекомендуется заякорить за бетонную плиту, размещаемую в грунт под их основание.

   Рис. 3. Накопительная емкость для автономной канализации: а – из полипропилена; б – из стеклопластика

   В сливной яме нечистоты накапливаются и хранятся до приезда ассенизационной машины, а через септик сточные воды перетекают, подвергаясь предварительной очистке.

   Нормативами СНиПа запрещено создавать накопительные ямы и колодцы без дна, где бы вода без фильтрации попадала сразу в почву, если суточный объем стоков больше 1 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

. Когда суточный объем не превышает этот показатель, то выгребную яму допускается делать без дна.

3. Септики

   Септик – сооружение для очистки небольших количеств (до 25 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

, реже – до 50 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут.) бытовых сточных вод, представляющее собой подземный отстойник горизонтального типа, состоящий из 1–3 камер, через которые последовательно протекают сточные воды. Автономная канализация на основе септика (рис. 4) обеспечивает такие бытовые удобства, как пользование ванной, машинная стирка и прочие процедуры, требующие расхода больших объемов воды. Если в сливной яме нечистоты накапливаются и хранятся до приезда ассенизационной машины, то через септик сточные воды перетекают, подвергаясь предварительной очистке.

   Рис. 4. Схема монтажа трехкамерного септика с фильтрующим колодцем

   В септиках осаждается до 90 % содержащихся в сточных водах взвешенных частиц, но по химическим, цветовым, биологическим и другим показателям вода на выходе из септика очищается только на 50–60 %. Поэтому сточные воды, прошедшие предварительную обработку в септике, обязательно подвергаются затем биологической очистке на полях подземной фильтрации, в песчано-гравийных фильтрах, фильтрующих траншеях или колодцах. Именно так трактует предназначение септика СНиП 2.04.03–85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» (п. 6.78.).

   В септике задерживаются и оседают на дно в виде гнилостного ила (от греч. septikós – гнилостный, гнойный) частицы и включения, находящиеся в сточных водах во взвешенном состоянии.

   Осаждающиеся в септике взвешенные вещества образуют осадок, который подвергается гнилостному сбраживанию и после дополнительной обработки может применяться в сельском хозяйстве как удобрение.

3.1. Принципиальное устройство и технология

   Действует септик как очистительная система в основном по механическому принципу. В септике задерживаются и оседают на дно в виде гнилостного ила (от греч. septikós – гнилостный, гнойный) частицы и включения, находящиеся в сточных водах во взвешенном состоянии.
   Растворимые фракции загрязнений, попавшие в септик со сточными водами и не осаждающиеся на его дне, также подвергаются гнилостному брожению и разложению с выделением «болотных» газов, в том числе и метана. Благодаря этому, устройства подобного типа еще называются метантенками. То есть при задерживании сточных вод в объеме септика включается еще и биологический механизм их очистки – в объеме септика происходит процесс разложения органических веществ под влиянием жизнедеятельности анаэробных (живущих в бескислородной среде) микроорганизмов, споры которых заносятся в септик со стоками.
   Стадия механической очистка стоков начинается сразу после поступления их в объем септика. По подводящему патрубку сточные воды самотеком направляются в приемную камеру установки, где под действием силы тяжести оседает большая часть механических включений.
   Осадок подвергается медленному процессу анаэробного брожения, в результате которого происходит его разложение с образованием более простых, растворимых в воде соединений и нерастворимого минерализованного осадка, который в последующем удаляется ассенизационной техникой.
   Анаэробный процесс брожения проходит в два этапа.
   На первом этапе (кислое брожение) белки, жиры и углеводы разрушаются до ряда низших жирных кислот (уксусная, муравьиная, масляная), двуокиси углерода, аммонийного азота, сероводорода, спиртов и других соединений.
   На втором этапе (метановое брожение) жирные кислоты, спирты и другие соединения, образовавшиеся на первой стадии, разлагаются до метана, двуокиси углерода, водорода.
   Смесь газов отводится в атмосферу через вентиляционно-вытяжную систему канализации.

3.2. Разбиение на секции

Разбиение септика на секции (рис. 5) связано с решением несколько иных проблем.

   Рис. 5. Двухкамерный септик (схема)

   Как уже отмечалось, прошедшая предварительную очистку в септике вода поступает из него на фильтрационные поля, траншеи и колодцы. Здесь сточные воды фильтруются почвой и перерабатываются микроорганизмами, заселяющими природные фильтры, – еще одна и весьма эффективная стадия биологической очистки.
   Однако поля подземной фильтрации, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи и колодцы – все эти природные и искусственно созданные фильтры со временем заиливаются и требуют восстановления функциональных свойств. Причем, если очистка фильтрующего колодца сравнительно не слишком трудоемкая операция, а главное, не требующая значительных денежных средств, то заиленные поля подземной фильтрации или фильтрующие траншеи почистить почти невозможно, промывка хлорной водой малоэффективна, и в большинстве случаев данные фильтры необходимо заменить. Учитывая их немалые размеры, это дело трудоемкое и требует ощутимых денежных трат. В интересах пользователя проводить эту операцию нужно как можно реже. При нормальной эксплуатации в режиме доочистки фильтрующих траншей и песчано-гравийных фильтров срок их службы до полной замены фильтрующей загрузки и дренажа составляет 15–18 лет, фильтрующих колодцев и полей подземной фильтрации – 8–10 лет. Продлить эти сроки позволяет более тщательная очистка сточных вод в септиках, чему способствует разбиение их на секции. При этом основная масса ила откладывается в первой из них, куда сначала поступают сточные воды. Благодаря этому, в последующих секциях удается избежать вторичного загрязнения воды продуктами гнилостного распада. Чище вода на выходе – меньше заиливаются поля подземной фильтрации или фильтрующие траншеи.

3.3 Выбор и расчет септика для конкретных условий эксплуатации

   При выборе септика пользователю приходится учитывать его объем и необходимое количество секций. Выбор по объему должен проводиться с учетом среднесуточного объема сточных вод, поступающих в очистное сооружение. Вода не должна просто протекать через септик, на какое-то время она должна там скапливаться и очищаться. Осаждение взвешенных частиц не происходит мгновенно, поэтому септик и является по своей сути отстойником.

   Минимальный срок пребывания сточной воды в септике должен составлять 2 дня. Для получения более высокой степени очистки сточных вод за счет анаэробного сбраживания требуется выдерживание в течение 10 сут.

   Процессы размножения микроорганизмов и совместно протекающие в объеме септика процессы разложения органики требуют времени, как и процесс осаждения. Минимальный срок пребывания сточной воды в септике должен составлять 2 дня. Для получения более высокой степени очистки сточных вод за счет анаэробного сбраживания требуется выдерживание в течение 10 сут.
   Всем вышесказанным диктуется необходимость соразмерности объема септика с объемом поступающих в него стоков.
   Нормативными документами рекомендуется определять производительность отстойника (q -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

, м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/ч) горизонтального типа, которым и является септик, исходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных вод по формуле:
   q -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

= 3,6 K -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

х L -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

х B -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

х (u -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

-v -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

),
   где K -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– коэффициент использования объема, прини маемый для горизонтальных отстойников, – 0,5; L -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– длина секции, отделения, м; B -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– ширина секции, отделения, м;
   u -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– гидравлическая крупность задерживаемых частиц, мм/с; v -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

– турбулентная составляющая, мм/с.
   Методика определения величин u -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

, v -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

подробно изложена в СНиПе 2.04.03–85.
   Согласно тому же документу, «полный расчетный объем септика надлежит принимать: при расходе сточных вод до 5 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут. – не менее 3-кратного суточного притока, при расходе свыше 5 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут. – не менее 2,5-кратного» (п. 6. 79.). При этом не менее одного раза в год потребуется очистка септика.
   При средней зимней температуре сточных вод выше 10 °С или при норме водоотведения свыше 150 л/сут. на одного жителя полный расчетный объем септика допускается уменьшать на 15–20 %.
   При расчете притока бытовых сточных вод в септик складываются все возможные расходы бытовых сточных вод с учетом вероятности их одновременного поступления в систему водоотведения.
   Согласно вышеупомянутому СНиПу, «в зависимости от расхода сточных вод следует принимать: однокамерные септики – при расходе сточных вод до 1 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут., двухкамерные – до 10 и трехкамерные – свыше 10 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут. Объем первой камеры следует принимать: в двухкамерных септиках – 0,75, в трехкамерных – 0,5 расчетного объема. При этом объем второй и третьей камер надлежит принимать по 0,25 расчетного объема. В септиках, выполняемых из бетонных колец, все камеры следует принимать равного объема».
   Если требуется обеззараживание сточных вод на выходе из септика, следует предусмотреть еще и контактную камеру, где будет проводиться дезинфекция воды, при этом на плане размер этой камеры должен быть не менее 0,75х1 м.
   Выпуски из зданий должны подсоединяться к септикам через смотровые колодцы. Важно и то, чтобы лоток трубы, подводящей к септику сточные воды, располагался не менее, чем на 0,05 м выше расчетного уровня жидкости в септике. Необходимо предусматривать устройства для задержания плавающих веществ и естественную вентиляцию.

3.4. Варианты исполнения

Наличие у септика вышеуказанных недостатков заставило разработчиков пойти по пути усовершенствования этих очистных сооружений.
Для повышения надежности гидроизоляции сооружения и упрощения монтажа септики сегодня изготавливаются не только из бетона и бетонных колец, но и из железобетона – «Осина» (компания «Осина»), «Фаворит» (ООО «МКАД-Сервис»); пластика – «Кедр» (ООО «БИИКС»), Uponor Sako (Uponor), FloTenk (ЗАО «Флотенк»). При этом септики стали выпускаться едиными готовыми модулями (рис. 6), которые надо только установить на месте использования и подключить к трубопроводу сливных стоков. Разбиение на секции таких ЛОС предусматривается внутри модульных объемов.

   Рис. 6. Монтаж септика: а – двухкамерного в бетонном корпусе; б – трехкамерного септика в пластиковом корпусе.

   Предпринимались шаги и по совершенствованию очищающей способности септиков. Заслуживают внимания рекомендации и разработки по применению в септиках различных биоактиваторов – ферментно-микробиологических препаратов, способствующих интенсификации переработки загрязнений в сточных водах.
   Одним из достоинств этих препаратов является то, что они могут эффективно применяться в индивидуальных канализационных очистительных системах любых типов. Попадая в выгребную, канализационную яму или септик, биоактиваторы увеличивают скорость переработки твердых фракций в жидкое состояние. Кроме того, при внесении препарата в индивидуальные очистительные системы аэробного или анаэробного типа происходит интенсификация нарастания активного ила и, как следствие, повышение качества очистки сточных вод. В очистительных системах аэробного типа биологическая очистка осуществляется микроорганизмами, живущими в среде с присутствием кислорода, – аэробами, в очистительных системах анаэробного типа биологическая очистка осуществляется микроорганизмами, живущими в бескислородной среде, – анаэробами.

   Не рекомендуется сбрасывать в систему канализации кислоты, растворители, пользоваться отбеливателями на основе хлора, химическими препаратами на основе формальдегида.

   В комплексе с применением биоактиваторов модифицировалась и конструкция этого очистного сооружения. Появились модели («Осина», «Фаворит», «Фаворит-плюс»), предусматривающие в составе модуля септика перед выходом из сооружения секцию с засыпкой, которая соединяется с предшествующими секциями через гидрозатвор. Эти предшествующие секции-метантенки по сути являются классическим септиком, в котором протекают все те же процессы осаждения взвесей, а также аэробного и анаэробного сбраживания, интенсифицированного загрузкой биоактиваторов. Секция же с засыпкой выполняет функцию биофильтра. После осветления в секциях метантенка сточные воды через перепуск с гидрозатвором просачиваются на биофильтр, где равномерно распределяются по поверхности инертной загрузки. По мере просачивания сточной воды через загрузку происходит окисление аммонийного азота сначала до нитритов, а потом до нитратов и образования углекислоты и воды.
   Циркуляция воздуха в биофильтре, поддерживающая эффективное аэробное окисление, осуществляется из отвода через трубу для удаления биогаза. Из биофильтра вода стекает в водоприемный колодец, откуда уже по мере накапливания удаляется с помощью электронасоса малыми порциями в сточную канаву или просто на поверхность грунта (табл.1).

   Таблица 1. Показатели качества воды, допустимые при сбросе на рельеф

   Примечания:
   * – рН – водородный показатель (аббревиатура от лат. pondus Hydrogenyl – сила водорода) – мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр: pH = −lg [H -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

];
   ** – БПК пол – биохимическая потребность в кислороде полная – количество кислорода, необходимое для биологического окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях за 20 сут. Чем больше величина БПК, тем грязнее стоки;
   *** – ХПК – химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость) выражается в миллиграммах кислорода, необходимого для окисления органических веществ, содержащихся в 1 дм -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

воды. Используется в качестве меры содержания в пробе органического вещества, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем.

   Такое ЛОС (при соблюдении норм расхода сточных вод, предусмотренных проектом и правилами эксплуатации) раз в 3 года нуждается в специальном обслуживании, включающем замену засыпки в секции биофильтра и очистку камер метантенка от накопившегося осадка с помощью ассенизационной машины.
   По мере протекания сточных вод через септик, как и при неиспользовании очистного сооружения в течение не очень длительного срока (более недели), требуется повторная загрузка биоактиваторов. Не рекомендуется сбрасывать в систему канализации кислоты, растворители, пользоваться отбеливателями на основе хлора, химическими препаратами на основе формальдегида. Также надо избегать залповых сбросов стоков в систему очистки, например, из бассейнов.
   Биоактиваторы, интенсифицируя процессы очистки сточных вод в септиках, даже в комплексе с секцией биофильтра не могут обеспечить удаления из сточных вод нитратов, нитритов и фосфора.

3.5. Преимущества и недостатки септиков

   Преимущества септика: относительная дешевизна сооружения, полная энергонезависимость, простота обслуживания и надежность эксплуатации, обеспечение необходимого минимума бытовых удобств потребителю.
   Однако септик обладает и существенными недостатками. К ним следует отнести сам факт необходимости биологической доочистки, как правило, в бытовом случае на сооружениях подземной фильтрации, обустройство которых требует определенных гидрогеологических условий и значительных трудозатрат как при их организации, так и при эксплуатации. В большинстве случаев очищенную в септике воду для подачи на сооружения дополнительной биологической очистки приходится перекачивать с глубины около 2 м при помощи электронасоса, и такое преимущество, как полная энергонезависимость септика, просто исчезает. Эффективность очистки почвенных фильтров резко снижается в холодное время года. Из-за промерзания грунтов резко снижается активность микроорганизмов, а неочищенные стоки просачиваются в грунтовые воды.

   Биоактиваторы, интенсифицируя процессы очистки сточных вод в септиках, даже в комплексе с секцией биофильтра не могут обеспечить удаления из сточных вод нитратов, нитритов и фосфора.

   К неудобствам септика стоит также отнести и то, что вблизи него все равно ощущается неприятный запах, а для удаления ила, скапливающегося на дне секций, хотя бы раз в год необходима все та же ассенизационная машина.

4. Биологическая доочистка воды на выходе из септика

   Существуют наземные и подземные способы биологической очистки сточных вод на выходе из септика. К наземным относятся поля орошения и поля фильтрации, к подземным – фильтрующие колодцы, подземные поля фильтрации, фильтрующие траншеи.
   На поля орошения и поля фильтрации сточные воды подаются после осветления по системе открытых распределительных каналов. Каналы могут быть изготовлены из деревянных, кирпичных или земляных лотков, имеющих определенный уклон для самотека стоков. Открытые каналы целесообразно устраивать в хорошо проницаемых грунтах, таких как песок или супесь. Уровень грунтовых вод на территориях, предназначенных под поля фильтрации, должен быть не менее 1,5 м от поверхности, к тому же они должны быть расположены на расстоянии более 200 м от водозаборных сооружений. Территории, выделяемые для такой очистки, часто бывают значительной площади, поэтому, чтобы они не простаивали, их засаживают сельскохозяйственными культурами. Такие поля фильтрации с посевами называют полями орошения. Недостатком наземных методов биологической очистки является и то, что присутствие открытых каналов для течения стоков приводит к распространению неприятных запахов. Поэтому создание полей фильтрации вблизи жилой зоны нецелесообразно.
   Вблизи жилья, а также на почвах с пониженной проницаемостью применяют подземные методы естественной биологической очистки осветленных сточных вод. Эти виды очистки основаны на биологическом самоочищении, которое характеризуется способностью биоценозов нейтрализовать вредное воздействие загрязнений, находящихся в стоках.

4.1 Подземные фильтрующие колодцы

Самым простым и доступным в плане минимальных материальных затрат является фильтрующий колодец (рис. 4, 7, 8). Чтобы не повредить фундамент жилого дома или любого другого строения, колодец располагают на расстоянии не менее 6 м от него. Также желательно, чтобы фильтрующий колодец был расположен на расстоянии более 25 м от питьевого колодца, поскольку при ближнем размещении очищаемые воды могут попасть в водоносные слои почвы. Стенки фильтрующего колодца могут быть образованы бетонными кольцами или сложены из кирпича. Однако современные технологии предлагают и пластиковые дренажные колодцы. Они выпускаются различных габаритных размеров. Небольшой вес таких колодцев делает их применение привлекательным из-за простоты монтажа и легкости транспортировки.

Рис. 7. Один из вариантов сооружения фильтрующих колодцев

   Рис. 8. Схема расположения трехкамерного септика с фильтрующим колодцем из бетонных колец

   В нижней части колодца для проникновения сточных вод насыпают фильтрационный слой толщиной от 1 до 1,5 м, состоящего из сыпучего материала. В качестве фильтрационного материала может быть использован широкий круг различных сыпучих сред: шлак, кокс, каменный или кирпичный щебень; главное, чтобы размер частиц находился в пределах от 10 до 15 мм. Сточные «серые» воды поступают в фильтрующий колодец самотеком по трубам с уклоном 0,5–2,0 %. Собранные в нижней части такого колодца воды проникают через фильтрующую засыпку и уходят в нижние горизонты почвы.
   Для проведения в случае необходимости очистки и предотвращения промерзания фильтрующий колодец снабжается смотровым люком с двумя крышками и слоем утеплителя между ними. Кроме этого, для нормального протекания биологической очистки в фильтрационный колодец необходимо поступление свежего воздуха, поэтому он должен быть снабжен вентиляционным стояком. Пропускная способность фильтрующего колодца может изменяться в пределах 0,6–1,0 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/сут., что соответствует стокам, поступающим от семьи из трех – четырех человек.

   Подземную площадку орошения следует располагать на расстоянии более 30 м от колодца питьевой воды.

   Если этого недостаточно, приходится оборудовать подземные устройства фильтрации стоков большей производительности, одним из которых является подземные поля фильтрации (рис. 9).

Рис. 9. Схема монтажа трехкамерного септика с подземным полем фильтрации

4.2 Подземные поля фильтрации

Этот вид естественной биоочистки подобен открытым полям фильтрации. Разница заключается в том, что каналы расположены в грунте на глубине от 50 см до 1,5 м. В них должен быть предусмотрен необходимый уклон, чтобы осветленные сточные воды поступали самотеком. Подземные каналы представляют собой дренажные трубы, вокруг которых имеется слой шлака или гравия толщиной 10–15 см. При расчете производительности такой системы принимается, что поглотительная способность 1 п. м дренажной трубы составляет 10–20 л/сут. Обязательно, чтобы на подземной площадке фильтрования были оборудованы вентиляционные стояки. Подземную площадку орошения следует располагать на расстоянии более 30 м от колодца питьевой воды. Сверху над подземной площадкой орошения можно обустроить газон, огород, посадить кустарник. Однако нецелесообразно, чтобы на этой территории были посажены деревья. Так же, как и фильтрующие колодцы, подземные площадки орошения продуктивно располагать на песчаных почвах.
Если же строение, для которого планируется создание автономной системы биологической доочистки осветленных бытовых сточных вод, расположено на почвах с тяжелыми грунтами, такими как глина или суглинок, то в этом случае предпочтительней сооружать фильтрующую траншею.

4.3. Фильтрующие траншеи

Чаще всего фильтрующая траншея (рис. 10) представляет собой канаву, имеющую в сечении форму перевернутой трапеции. Ширина ее на уровне поверхности земли составляет обычно от 80 см до 1 м. Ширина канавы в нижней ее части чаще всего около 50 см, при этом глубина такой траншеи может достигать 2 м.

Рис. 10. Схема фильтрующей траншеи в поперечном разрезе

Вдоль этой канавы с необходимым уклоном располагаются две трубы. Верхняя – орошения, а нижняя – дренажная. В конце трубы орошения и начале дренажной установлены вертикально расположенные вентиляционные стояки с оголовками для предотвращения попадания в систему дождевой воды. Для создания системы трубопроводов используют как специальные дренажные трубы, выпускаемые отдельными производителями, так и любые другие трубы с отверстиями из различных материалов (рис. 11). Наиболее распространены дренажные трубы из асбоцемента, в которых делаются пропилы шириной 3–7 мм, расположенные в шахматном порядке с шагом 10–20 см. Размер шага зависит от характера грунта. Несколько реже применяются керамические трубы, изготовленные из глины со всевозможными добавками. Такие трубы выпускают с щелевыми отверстиями и рифленой внешней поверхностью, чтобы желобки увеличивали поглотительную способность изделия. В последнее время большой популярностью стали пользоваться дренажные трубы из полимерных материалов. Преимущественно для этих целей используют полиэтилен высокого и низкого давлений. Такие дренажные трубы также имеют наружную перфорацию и необходимые отверстия. Помимо этого, для изготовления дренажных труб стали применять пористые материалы, например такие, как керамзитостекло и пластобетон. В трубах из данных материалов отверстия образуются уже на стадии формования, поэтому вода в них просачивается через поры в стенках, а не сквозь сделанные отверстия.

   Рис. 11. Дренажные трубы

   В настоящее время начали применяться, так называемые, трубофильтры. Этот особый вид дренажно-распределительных устройств состоит из двух элементов. Внутренним элементом является каркас, выполненный в виде перфорированной трубы. Каркас помещается внутрь пористой трубы, которая образует коаксиальный зазор. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение стоков по всей длине трубы. Другим преимуществом является понижение гидравлического сопротивления при фильтрации сточных вод. Однако во всех случаях, чтобы и отверстия, и поры не забивались, дренажные трубы перед укладкой оборачивают специальным материалом – геотканью или геотекстилем. Затем дренажную трубу и трубу орошения в фильтрационной канаве размещают в слое сыпучей обсыпки от 80 см до 1 м.

   Вокруг фильтрующей траншеи необходимо создание санитарной зоны. Поэтому она не должна располагаться ближе 8 м к жилому строению.

   Осветленные в септике сточные воды поступают в верхнюю трубу орошения фильтрующей траншеи. За счет уклона стоки перемещаются вдоль трубы самотеком, многочисленные отверстия в стенках трубы позволяют стокам протекать через слой фильтрационного материала. Часть отфильтрованных таким образом сточных вод проникает в грунт. Другая часть попадает через отверстия в нижнюю дренажную трубу, имеющую необходимый уклон, но в другую сторону, и течет в сторону ближайшего водоема, оврага или специально вырытого котлована.
   Чаще всего фильтрующая траншея имеет длину от 10 до 50 м. При расчете необходимой длины исходят из эмпирического правила, что 1 п. м такого подземного гидросооружения способен произвести очистку 60 л стоков в сутки. Длина выбирается соответственно характеристикам установленного септика.
   До начала строительства фильтрующей траншеи необходимо учитывать, что она будет эффективно функционировать только при низком уровне грунтовых вод, который должен быть, как минимум, на 1 м глубже, чем нижний край сыпучей засыпки дренажной трубы. Однако на практике это соблюдается далеко не всегда, особенно в периоды паводка и сильных ливней. Контроль за уровнем грунтовых вод ведут с помощью специальных шурфов, отрытых на расстоянии 5–7 м от нижнего края последней дрены.
   Вокруг фильтрующей траншеи необходимо создание санитарной зоны. Поэтому она не должна располагаться ближе 8 м к жилому строению (рис. 12).

   Рис. 12. Сточные воды после септика отводятся в фильтрующие траншеи, вокруг них предусматривается санитарная зона

   Фильтрующие траншеи по эффективности очистки сточных вод приближаются к биофильтрам, но уступают им по интенсивности аэрации. Поэтому фильтрующие траншеи занимают промежуточное положение между аэротенком и системой естественной биоочистки. Обычно сточные воды, прошедшие такую систему биологической очистки, имеют полное биологическое потребление кислорода и концентрацию взвешенных веществ, как и после аэротенка, примерно равное 10–15 мг/л. После фильтрующей траншеи сточные воды могут без дополнительной доочистки и всякого ограничения сливаться в поверхностные водоемы.
   Полноценная работа фильтрующей траншеи зависит от соблюдения необходимых требований. Главное из них – не создавать превышение допустимых нагрузок на фильтрующую траншею. Выражается это обычно чрезмерным повышением потока сточных вод или превышением выше допустимого значения концентрации остаточных загрязнений в сточных водах. Обычно после этого происходит заиливание фильтрационного слоя траншеи. В результате этого слив может прекратиться, что повлечет за собой аварийную ситуацию. Для восстановления работы фильтрующей траншеи нужно следующее. Во-первых, снизить гидравлические нагрузки до расчетных значений, а избыток сточных вод, минуя подземную фильтрацию, направлять на дополнительное обеззараживание. Во-вторых, для ликвидации заиливания фильтрующего слоя необходимо проводить его промывку через трубу орошения. Подобная операция проводится и на биофильтрах. Для этих целей рекомендуется через вентиляционный стояк наливать хлорную воду с концентрацией активного хлора около 3 г/м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

, которую готовят на основе хлорной извести. Промывку рекомендуется проводить не только при нарушении работы фильтрующей траншеи, но и при ее периодическом техническом обслуживании. Очевидно, что техническое обслуживание фильтрующей траншеи, сыпучий материал которой находится под слоем грунта, является довольно затруднительной процедурой. Но проводить ее целесообразно примерно раз в год. Желательно, чтобы эта процедура проходила в весенний период и в теплое время. Это вызвано тем, что при таких погодных условиях относительно быстро восстанавливается микрофлора фильтрующей загрузки. Обычно на возрождение микрофлоры требуется от 2 до 5 сут. работы очистного сооружения.

   После фильтрующей траншеи сточные воды могут без дополнительной доочистки и всякого ограничения сливаться в поверхностные водоемы.

   При эксплуатации фильтрующей траншеи без превышения гидравлической нагрузки и при проведении плановых очисток, срок ее бесперебойной работы должен составлять 15–18 лет. По истечении этого срока фильтрующую траншею раскапывают и производят замену дренажных труб и гравийной засыпки.
   На сегодняшний день наиболее полная очистка сточных вод (90–98 %) достижима при использовании систем глубокой биологической очистки, оборудованных аэротенками и оборудованием для подачи воздуха (рис. 13, 14).

Рис. 13. ЛОС глубокой биологической очистки

   Рис. 14. ЛОС-5М глубокой биологической очистки

   Очистные сооружения, в которых очистка сточных вод осуществляется благодаря жизнедеятельности аэробных бактерий, называются аэротенками. Необходимая концентрация кислорода в аэротенках поддерживается путем подачи от компрессора (через аэраторы) сжатого воздуха или насосом с системой Вентури.
   Аэротенки установок биологической очистки – это по существу отсеки модуля установки, куда поступают сточные воды и подается через аэраторы сжатый воздух. Разложение соединений, загрязняющих сточные воды, происходит в результате жизнедеятельности аэробных бактерий активного ила, который образуется в аэротенках и поддерживается в содержимом их объемов во взвешенном состоянии.
   Технология глубокой биологической очистки позволяет удалять из сточных вод нитраты и нитриты, разлагая их в процессе денитрификации до чистого азота, который выделяется в атмосферу, а также и фосфор за счет поглощения его PP-бактериями и удаления затем с избытками активного ила.
   Многие очистные сооружения, позиционирующиеся на рынке как системы биологической очистки, в реальности имеют смешанную систему очистки стоков. Чаще всего в таких системах многоступенчатой комплексной очистки анаэробный процесс в септике или метантенке предваряет стадию заключительной биологической очистки в аэротенке или на биофильтре. Естественно, очистка метантенка осуществляется с помощью ассенизационной машины.

   Аэротенки установок биологической очистки – это по существу отсеки модуля установки, куда поступают сточные воды и подается через аэраторы сжатый воздух.

5. Установки глубокой биологической очистки

5.1. Основные технологии биологической очистки

Первая стадия анаэробного сбраживания в метантенках осуществляется в системах биологической очистки аналогично этому же процессу в камерах септика (пп. 3.1, 3.2). Прошедшие анаэробное сбраживание и лишенные механических примесей стоки перетекают в секцию аэрации (аэротенк), где находится активный ил – сообщество микроорганизмов, способных в присутствии кислорода разлагать загрязняющие вещества в процессе своей жизнедеятельности. Активный ил представляет собой хлопья размером от 0,1–0,5 до 2–3 мм и более, включающие микроорганизмы (около 70 %) и материалы неорганической природы (около 30 %). В состав активного ила входят образованные бактериями полисахариды, в том числе клетчатка, которые окружают бактериальные клетки, скрепляя их в хлопья. Активный ил имеет развитую поверхность (до 100 м -------
| Библиотека iknigi.net
|-------
|
-------

/г сухой массы) и высокую адсорбционную способность. Вследствие этого на его поверхности концентрируются поступающие со сточной жидкостью мелкие частицы, клетки микроорганизмов и молекулы растворенных веществ, которые бактерии используют для питания. В процессе эксплуатации очистных сооружений в аэротенке формируется активный ил, состоящий из бактерий и простейших, адаптированных к определенному спектру загрязнений сточных вод, характерному для конкретного объекта. Для насыщения воды кислородом воздуха в камере предусмотрена система аэрации, состоящая из погружного насоса, как правило, оснащенного соплом Вентури (например, установки Aquatech ЛОС (рис. 15) или помощью компрессоров («Топас»). Подобная конструкция обеспечивает интенсивное перемешивание обогащенной кислородом воды и хлопьев активного ила, что способствует увеличению степени биологической очистки. Насос работает в соответствии с установленным на блоке управления режимом (1 час работы / 1 час отдыха).

   Рис. 15. Схема ЛОС с аэротенком (Aquatech ЛОС-5): 1 – отстойник; 2 – аэротенк; 3 – узел обеззараживания; 4 – сборно-распределительный колодец

   В центре аэротенка расположена конструкция, состоящая из нескольких радиально расположенных обечаек и образующая две камеры. Через серию отверстий по периметру внешней секции аэрированные стоки поступают в наружную камеру успокоителя, которая примыкает к внутренней обечайке. Через перфорацию в ее стенке стоки направляются в камеру сепарации. Сепаратор представляет собой две пластины, расположенные внутри секции, которые сужают свободный проход, разделяя таким образом камеру на два объема. Стоки, проходя через камеры успокоителя и сепаратора, теряют скорость потока, что препятствует неконтролируемому выбросу воды из системы, а также уносу хлопьев активного ила. Отделенный сепаратором активный ил оседает на дно, концентрируя на своей поверхности коллоидные частицы, находящиеся еще во взвешенном состоянии, и через отверстие у основания обечайки вновь возвращается в камеру аэрации.
   При биологической очистке сточных вод, помимо окисления органического углерода, протекает два наиболее важных микробиологических процесса: нитрификация и денитрификация. При этом в камере аэрации происходит окисление аммонийных соединений азота до нитритов и нитратов, а в камерах успокоителя и сепарации, где преобладают анаэробные процессы, восстановление этих соединений до газообразного азота.
   Для эффективного и быстрого роста бактерий в системе используются микробиологические препараты, состоящие из живых клеток и ферментов, ускоряющих процессы распада.
   Для полного обеззараживания воды на выходе из ЛОС биологической очистки применяются различные методы, вплоть до обеззараживания с помощью ультрафиолетового излучения. В упоминаемых выше установках Aquatech ЛОС применяется хлорирование. Из аэратора очищенная вода самотеком поступает в выходную трубу и контактирует с таблеткой медленного высвобождения хлора, которая помещается в специальную камеру хлорирования, находящуюся внутри выпускной трубы.

   При биологической очистке сточных вод, помимо окисления органического углерода, протекает два наиболее важных микробиологических процесса: нитрификация и денитрификация.

   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 или ARS технологиям, отличающимся особенностями протекания процесса аэрации.
   В Европе наиболее распространена технология биологической очистки на основе SBR-систем (реактор с прерывистой аэрацией), в которых после очистки и опорожнения части реактора он снова заполняется и цикл биологической очистки повторяется снова. 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. Процессы 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 %) которых позволяет использовать очищенную воду для полива, а образующийся активный ил похож на речной и является ценным удобрением.
   На основе ARS технологии (ARS – аэроритмовые системы) разработан отечественный вариант SBR-систем. Системы биологической очистки, созданные на основе ARS-технологии, отличаются от SBR-систем непрерывным режимом приема и обработки сточных вод, попеременным режимом чередования аэрации в приемном и основном аэротенках, а также развитой системой циркуляции и рециркуляции возвратно активного ила между аэротенками. Такой подход позволил полностью отказаться от предварительной обработки стоков в первичных анаэробных отстойниках. Кроме того, следствием внедрения ARS-технологии стали возможность снижения общего объема емкостей аэротенков, установки стали более компактными, и ускорение окисления трудно-окисляемых загрязнений бытовой химии. Принципиальное достижение внедрения ARS-технологий – возможность реализации автоматизированных алгоритмов глубокой биологической очистки с получением на выходе воды высокой степени очистки и эффективного удобрения – стабилизированного аэробного активного ила с высоким уровнем минерализации.

   Следствием внедрения ARS-технологии стали возможность снижения общего объема емкостей аэротенков, установки стали более компактными, и ускорение окисления трудно-окисляемых загрязнений бытовой химии.

5.2. Установки биологической очистки на российском рынке

   На рынке ЛОС системы биологической очистки представлены шире, чем любые другие системы. При этом модели разных производителей значительно отличаются друг от друга как исполнением, так и особенностями технологии очистки сточных вод (числом степеней и цикличностью стадий очистки, количеством секций, типами компрессорного оборудования и его месторасположением – в любом теплом помещении или непосредственно в модуле установки, материалом фильтров, наличием микропроцессорного управления и пр.).
   Системы биологической очистки сточных вод так же, как и септики, могут сооружаться на месте или поставляться в полной заводской готовности единым блочным модулем или несколькими модулями. Корпус очистительных систем может быть выполнен из бетона, металла, например «КОУ» («Национальные водные ресурсы») или полимерных материалов – «Aquatech ЛОС» (ГК «Импульс»), «КОУ», «ЮБАС» (ГК «Национальный экологический проект») – модели «Биокси», ранее выпускавшиеся под названиями «Топас», Biotal («Биотал»), «Тверь» (ТД «Инженерное оборудование») и др. Каждый из этих материалов имеет свои плюсы и минусы.
   Металлический корпус достаточно легкий, но требует дополнительных ребер жесткости. Для защиты от коррозии сооружения делают из нержавеющей стали, что совсем недешево, или с многослойным антикоррозийным покрытием. Корпус из бетона (железобетона) по сравнению с другими более громоздкий и тяжелый, однако он морозоустойчив, лучше других материалов способен противостоять давлению грунта, грунтовым водам, коррозии, но требует дополнительных работ по устройству гидроизоляции, что увеличивает его стоимость. Полимерные материалы не подвержены коррозии, они долговечны, сравнительно недороги, технологичны. Их малый вес одновременно является и плюсом, и минусом: сооружение из пластика рискует быть выдавленным на поверхность грунтовыми водами, но такие модульные системы очистки легко перевозить и производить их монтаж.

5.3. Преимущества и недостатки установок биологической очистки сточных вод

   К преимуществам установок глубокой очистки следует отнести:
   – высокие эффективность и степень очистки – до уровня, позволяющего сбрасывать воды на выходе установки в природный водоем;
   – сравнительно компактные размеры установок;
   – возможность размещать установки в непосредственной близости от строений и любых других объектов;
   – возможность эксплуатировать установки в режимах как постоянного проживания, так и периодических посещений загородного дома;
   – удобство монтажа и обслуживания.
   Удаление осадка со дна аэротенков или избытков активного ила производится в разных установках биологической очистки в соответствии с технологическими особенностями их функционирования и размерами с периодичностью от одного раза в 3 месяца до одного раза в 1–1,5 года. В таких установках, как «Биокси», эти операции осуществляются с помощью дренажного насоса, а в большинстве других установок – при помощи ассенизационной машины.
   Степень очистки сточных вод в этих устройствах на самом высоком уровне. Сброс очищенных вод из установок биологической очистки осуществляется порционно на рельеф местности, в придорожную канаву, овраг, водный объект, собрав воду в накопительной емкости, ее можно использовать для хозяйственных нужд (рис. 16).

   Рис. 16. Вода, прошедшая глубокую биологическую очистку (можно использовать для полива)

   Основным недостатком таких систем считают их высокую по сравнению с механическими очистными сооружениями цену и энергозависимость.

   Сброс очищенных вод из установок биологической очистки осуществляется порционно на рельеф местности, в придорожную канаву, овраг, водный объект, собрав воду в накопительной емкости, ее можно использовать для хозяйственных нужд.

5.4 Размещение на участке и монтаж ЛОС

   Правила размещения и монтажа очистных сооружений зависят от типа установки и количества сточных вод. Общие рекомендации таковы. Трубопроводы должны быть проложены по кратчайшему пути и с наименьшим количеством поворотов. Если совсем избежать поворотов не представляется возможным, то в местах загиба линии трассы устанавливаются колодцы. Увеличение длины трубопровода ведет к усложнению прочистки в случае засора. Трассу длиннее 15 м также необходимо выполнять с промежуточным колодцем. Для моделей очистных сооружений, предполагающих удаление осадка с помощью ассенизационной машины, необходимо при проектировании продумать удобный подъезд к установке. Если уровень грунтовых вод может подниматься выше дна отстойника, необходимо позаботиться о том, чтобы установка жестко крепилась к основанию.
   При проектировании очистного сооружения, использующего фильтрационные свойства почвы, нужно учитывать следующие факторы: грунтовые породы, грунтовые воды и уровень их сезонного колебания, высотное расположение и рельеф местности, положение водозабора, близость и рельеф скального грунта, удаленность от водных систем, а также местный климат и подверженность грунта промерзанию. При сбросе очищенной воды в дренажную систему выбор подходящего места под установку начинается с определения расположения канализационного выпуска из дома и глубины канавы или колодца. Рекомендуемый уклон выпуска канализации из здания к отстойнику – 10–20 мм/м, уклон труб-распылителей – 5–10 мм/м.
   При выборе места для локальных сооружений биологической очистки необходимо руководствоваться следующими рекомендациями (рис. 17). Установку желательно располагать ниже дома по естественному уклону местности с учетом возможности дальнейшего сброса очищенной воды (наличие дренажных канав, оврагов, леса и т. п.). Лучше располагать установку недалеко от дома. Следует также соблюдать следующие расстояния: от границы грунта (дороги) – 5 м; от водохранилища (ручья, реки) – 10–30 м; от источника питьевой воды (центральный водопровод, артезианская скважина, колодец) – 50 м; от ближайших деревьев – 3 м; от строений – 4–5 м.

Рис. 17. Рекомендованная схема расположения очистного сооружения Uponor Sako на земельном участке (точные расстояния, на которые влияют, в частности, параметры грунта, определяются в каждом конкретном случае отдельно)

При сбросе очищенной воды в дренажную систему выбор подходящего места под установку начинается с определения расположения канализационного выпуска из дома и глубины канавы или колодца.

Е. А. Хохрякова Локальные очистные сооружения для загородного дома