Етапи на пречистване на битови отпадни води

Механично и биологично пречистване, базови съоръжения и схеми на разположението им

Изграждането на пречиствателни станции за битови отпадни води е стратегическа цел в развитието на ВиК сектора у нас. При очистването на вредните вещества, съдържащи се в битовите отпадни води, основно се използват няколко метода - механични, физико-химични, химични и биологични. Изборът на метод зависи от характера на замърсяването и от степента на вредност на примесите. Обикновено степента на замърсяване на отпадните води се представя чрез концентрацията на замърсяващите ги вещества. Тя представлява съотношение между масата на съответното вещество към дадения обем отпадни води.

Методите се оценяват чрез съотношението БПК/ХПК
Основните показатели, които се използват за определяне степента на замърсеност на отпадните води от битови обекти, са: общ сух остатък (пресмята се като отношение на масата на сухия остатък към обема на водната проба), диаметър и плътност на неразтворените вещества. Изборът на методология се основава на международно признати показатели за оценка на замърсеността на отпадните води - биохимична потребност от кислород (БПК) и химична потребност от кислород (ХПК). БПК представлява количеството кислород, което е необходимо за протичане на биохимичното окисление на органичните вещества в разтворено колоидно и суспендирано състояние, за определен интервал от време. Тъй като чрез БПК не може да се отчете общата маса на органичните вещества, съдържащи се във водата, за да се получи по-точна и по-пълна оценка, е необходимо да се определи ХПК. Тя се дефинира като количество кислород под чиста или свързана форма, което е необходимо да се внесе в отпадните води с цел протичане на пълно окисляване на всички органични вещества, съдържащи се във водата.
За битовите отпадни води БПК и ХПК могат да се приемат за приблизително равни, тъй като при пречистването им кислородът се консумира основно от микроорганизми. Обикновено БПК се равнява на 85 - 90% от ХПК или средно БПК = 0.86.ХПК. Съотношението между БПК и ХПК се използва като показател за възприемане или отхвърляне на даден метод за пречистване на отпадните води.
На основата на тези показатели се подбират най-целесъобразните в конкретния случай методи и съоръжения за постигане на желания пречиствателен ефект. Счита се, че най-рационален е подходът, базиран на разработване на няколко варианта и последващото им сравняване на базата на комплекс от технико-икономически показатели.

Механично пречистване на отпадните води
Механичното пречистване най-често е първият етап от пречистването на водите и много рядко се прилага като единствен и окончателен метод. Обикновено включва процесите: прецеждане през сита и решетки, утаяване на суспендирани частици с по-голямо обемно тегло от водата под действието на гравитационните сили и филтриране на фините суспендирани вещества. На този етап се задържа около 60% от цялата маса на неразтворените вещества, а органичната замърсеност се понижава с от 15 до 35%. По този начин се предпазват от задръстване и следващите пречиствателни съоръжения.
Механичният метод за пречистване включва няколко етапа - прецеждане на влачените от водата едри механични примеси, посредством сита и решетки; утаяване на частиците от минерален произход в специални съоръжения, наречени песъкозадържатели; филтриране и отделяне на неразтворените частици чрез хидроциклони и центрофуги.
Прилагането на определен метод за механично пречистване се определя от количеството и качеството на отпадните води, от неразтворените вещества и от необходимата степен на пречистване. Прието е отстраняването на пясъка, мазнините и маслата, както и раздробяването на задържаните отпадъци да се нарича предварително обработване на водата.

Съоръжения за прецеждане
Обикновено, преди да се подаде към основните съоръжения за пречистване, отпадната вода се прецежда през сита и решетки. Целта е да се отстранят по-едрите примеси във водата и да се предпазят основните съоръжения от затлачване.
Обикновено ситата се прилагат предимно за пречистване на градски отпадни води поради неголемия пречиствателен ефект, който осигуряват. Решетките, от своя страна, са задължителен елемент за всяка пречиствателна станция. Те задържат едрите механични примеси, влачени от водата, предпазвайки монтираните след тях съоръжения от блокиране. Като конструкция представляват метални рамки, в които успоредно са заварени метални пръти. Най-често използвани в практиката са пръти с правоъгълно напречно сечение, със закръглени входни ръбове за намаляване на хидравличното съпротивление. Този тип пръти задържат по-голямо количество отпадни материали и почистването им е сравнително по-лесно.
Сред многообразието от видове решетки са и т. нар. решетки-дробилки, при които прецеждането и раздробяването на задържаните отпадъци са обединени. Те едновременно задържат и раздробяват по-едрите отпадъци. Подходящи са най-вече за малки пречиствателни станции. Обикновено се монтират в открити канали, като пред тях задължително се поставят груби решетки, предпазващи ги от задръстване.

Видове сита и песъкозадържатели
Ситата, намиращи приложение в пречиствателните станции, се класифицират според конструкцията си като ротационни, барабанни, дискови, лентови и др. Независимо от различната си конструкция, основен елемент на всички сита е филтърната мрежа, през която преминава отпадната вода. В някои случаи вместо мрежа е възможно използването на листове с отвори. Материалите, от които се изработват мрежите най-често са: неръждаема стомана, месинг, пластмаса и др. Различните производители предлагат мрежи с различна големина на отворите. Според начина на почистване, ситата се разделят на такива със сухо почистване и сита с мокро почистване. Сухото почистване се извършва с четки и въздух под налягане, а мокрото - с вода. В практиката се използват и сита с възможност за самопочистване, при които върху ситовата част, разположена под наклон, се изсипва непрекъснат поток от отпадни води, които почистват ситото.
За отделяне на по-тежките минерални примеси като пясък, стъкла, въглища и др., се изграждат песъкозадържатели. Обикновено това са стоманобетонни съоръжения, в които се утаява по-голямо количество от минералните вещества, съдържащи се в отпадните води. За ефективна работа на песъкозадържателите основно изискване е скоростта на водния поток да се поддържа в определени граници. Препоръчителната стойност на скоростта е около 0,30 m/s. Поддържането й се постига чрез регулиране на изтичащия от съоръжението воден поток.

Видове спомагателни съоръжения
За допълнителна обработка на утаилия се в песъкозадържателите пясък, характеризиращ се с висока влажност, се изграждат допълнителни съоръжения - бункери, хидроциклони, площадки и събиратели на пясък. Бункерите се изграждат в близост до пречиствателната станция. При по-големи станции, в случаи на необходимост, се използват няколко бункера. Преди бункера обикновено се монтират хидроциклони. Най-често се използват напорни хидроциклони, които обезводняват пясъка и отделят останалите в него органични вещества. Площадките се използват единствено за обезводняване на пясъка. За тази цел те са с дрениращо дъно. Разделят се на секции и се ограждат с диги. Ако теренът позволява, могат да се изградят събиратели на пясък.

Първични и вторични утаители
Един от основните процеси, протичащи при механичното пречистване, е утаяването. При него под действието на гравитационните сили, частиците с по-голямо обемно тегло от водата се утаяват на дъното на съоръжението, а по-леките се отделят върху повърхността. За осъществяване на посочения процес се използват утаители. В зависимост от производителността на пречиствателната станция, нивото на подпочвените води, геоложките условия и приетата технологична схема на пречистване, в практиката се използват различни видове утаители.
Обикновено, в зависимост от предназначението и мястото им в технологичната схема на пречиствателната инсталация, утаителите се разделят на две основни групи - първични и вторични. Първичните утаители са част от основните съоръжения за механично пречистване и обикновено се монтират в началото на пречиствателната станция, след песъкозадържателите. Вторичните утаители са задължителен елемент, който се монтира след съоръженията за биологично пречистване.
В зависимост от конструктивните си особености и посоката на движение на водата, утаителите най-общо се определят като хоризонтални, вертикални, радиални и тънкослойни.

Биологично пречистване на отпадните води
Високото съдържание на органични замърсители в битовите отпадни води налага използването на комбинирани методи за пречистването им. Те включват химическа подготовка и биодеградация с използването на микроорганизми, известни в практиката като активна утайка (АУ). Активната утайка от микроорганизми, на която се основава биологичното пречистване, представлява единичен щам или комплекс от щамове, които при подходящи условия на развитие (температура, киселинност и др.) и в присъствието на кислород се размножават, консумирайки органичните замърсители от отпадните води. В отсъствието на кислород се осъществява т. нар. анаеробна биодеградация, при която други типове микроорганизми предизвикват процеси на пречистване.
Съоръженията, които се използват за осъществяване на биологичното пречистване, могат да бъдат разделени в две основни групи - съоръжения, в които пречиствателните процеси протичат в условия, близки до естествените, и такива, при които процесите протичат в изкуствено създадени условия.
В процеса на биологично пречистване се използват едностепенни и двустепенни биологични филтри и биобасейни, в зависимост от водното количество. Така например, биологичното пречистване на около 50 хил. куб. метра на ден се осъществява с едностепенни и двустепенни биологични филтри. При по-големи водни количества - от порядъка на 50 - 100 хил. куб. метра на ден, е подходящо използването на биологично пречистване с едностепенни или двустепенни биобасейни.

ПСБОВ комбинирана с биобасейн
Биобасейните принадлежат към групата на съоръженията за биологично пречистване на отпадните води с помощта на активна утайка. Те са с непрекъснато действие и представляват изкуствени водни екосистеми. Постъпващите в тях отпадни води и активните утайки се размесват непрекъснато, като чрез различни аерационни системи интензивно се подава въздух. При използване на тези съоръжения в пречиствателни станции, поради отпадане на необходимостта от използване на първичен утаител, се предопределя образуването на по-едри флокули, които по-лесно се утаяват.
Когато в технологичната схема на пречиствателната станция са предвидени съоръжения за стабилизация на утайките, е необходимо за излишната активна утайка да се изградят съоръжения за уплътняване и депониране.
Сред най-често срещаните конструкции на съоръжения за биологично пречистване е обединяването на биобасейн и вторичен утаител, както и на първичен утаител с биобасейн и вторичен утаител. Срещат се и конструкции, обединяващи първичен утаител, биобасейн, вторичен утаител и стабилизатор. Една от най-широко застъпените конструкции се базира на използването на биобасейните - утаители. Сред основните предимства на комбинираните съоръжения са малките им габарити. Характерна за тях е ефективната рециркулация на утайките, както и опростената и надеждна експлоатация.

Приложение на биофилтрите
Биофилтрите представляват пречиствателни съоръжения със сравнително несложна конструкция. Обикновено се изпълняват като реактори с кръгла, правоъгълна или многоъгълна форма, изградени от стоманобетон и запълнени с пълнежен филтърен материал. Те принадлежат към съоръженията за аеробно пречистване, в които процесът протича с участието на аеробни организми в присъствието на свободен кислород. Процесът се основава на способността им да усвояват разнообразни вещества като източник на енергия и биологични елементи за клетъчната им структура.
При изграждането на пречиствателни станции е възможно използването на различни модификации биофилтри. Като подходящи се приемат както биофилтри за пълно пречистване, така и за непълно пречистване, обикновени и много натоварени, с естествен и изкуствен пълнеж. Също така, могат да се използват и комбинирани съоръжения с биофилтри. Основна тенденция в развитието и използването на биофилтрите е насочена към приложението на изкуствен пълнеж и активни водоразпределителни устройства.
От потопяемите биофилтри в пречиствателни станции най-често се използват въртящите се биоконтактори (биодискове). Те представляват съоръжения, в които се извършва аеробно биологично пречистване. За отстраняване на биологичните замърсители се използва активна утайка.
В конструктивен аспект биодисковете представляват правоъгълни като форма резервоари с овални дъна, които се изграждат от една или няколко секции. Основният им конструктивен елемент са бавно въртящи се дискове, най-често изработени от пластмаса или метал. Монтират се върху вал при изпълнение на условието да бъдат само частично потопени във водата.
Рециркулацията на пречистената вода не е препоръчителна при биодисковете. Основните им предимства са бързо въвеждане в експлоатация и образуване на биомаса. Като недостатък се приема възможността от задръстване на междините между дисковете. Отстраняването на утайката от резервоара също е проблем.

Схеми на разположение на ПСБОВ
При избора на място за изграждане на пречиствателна станция се вземат предвид териториално-устройствените разработки на района и утвърденият градоустройствен план на населеното място, както и санитарно-хигиенните, екологичните и технико-икономическите изисквания.
Санитарно-хигиенните изисквания се отнасят предимно към местоположението на пречиствателната станция и устройството на санитарно-охранителни зони. Желателно е пречиствателната станция да е на определено разстояние от населеното място. Размерите на санитарно-хигиенните зони се определят в зависимост от количеството и начина на пречистване на отпадните води с отчитане на конкретните условия. Изборът на съоръжения и технологична схема на станцията, както бе подчертано, се съобразяват с количеството и състава на отпадните води, необходимата степен на пречистване, начина на третиране и използване на утайките, екологичните изисквания, нормите за проектиране и други.

Подходи при разполагането на съоръженията
Основно се използват два подхода за планиране на разположението на отделните съоръжения, включени в състава на пречиствателните станции - принцип на блоковата и принцип на функционалната компановка. Блоковата компановка се приема за икономически по-изгодното решение, тъй като протичането на всички процеси се осъществява в общ блок. Използват се общите стени на съседни съоръжения и се съкращава дължината на различните канали и тръбопроводи. Приложението на блоковата компановка води и до по-малко заемана земна площ, както и до възможност при разширяване на станцията новият блок да се изгради, без да се оказва влияние върху работата на действащите блокове на станцията. Недостатъците на блоковата компановка са свързани предимно със зависимостта на отделните съоръжения в блока. При необходимост от ремонт на отделни елементи се налага спиране на работата на целия блок. Друга специфика на блоковата компановка е при необходимост от разширение всички съоръжения в блока да се разширяват едновременно.
Функционалната компановка се характеризира с по-добра експлоатационна гъвкавост. Това решение се използва ефективно в райони с различна топография, а при необходимост от разширяване на отделни елементи не се налага едновременно разширяване и на всички останали. Най-често се изпълнява чрез комбиниране на различни видове съоръжения. Широко се използват комбинирани съоръжения, включващи първични утаители, биохимични реактори и вторични утаители.
Освен основни съоръжения, пречиствателната станция включва и редица спомагателни елементи, сред които: устройства за равномерно разпределение на отпадните води и утайките между отделните пречиствателни съоръжения и стабилизаторите за утайка; устройства за изключване от действие, изпразване и промиване на различните съоръжения; устройства за измерване количеството на пречистваните води, суровите първични утайки, количеството изразходван въздух и други.

Изработване на генерален план на ПСБОВ
За разработване на генералния план на пречиствателната станция, първоначално се изготвя тахометрична снимка на избраната площадка. Върху снимката се нанасят всички пречиствателни съоръжения, помпени станции, тръбопроводи, комуникационни връзки и сгради. Мащабът зависи от големината на пречиствателната станция, като обикновено е 1:200, 1:500 или 1:1000. При разработването на генералния план е добре да се предвиди и възможност за разширяване на пречиствателната станция впоследствие.
При изграждане на пречиствателната станция върху сравнително равнинен терен, по отношение разстоянията между отделните съоръжения, ориентировъчно се приемат следните зависимости - между група еднородни съоръжения от 2 до 3 m, между група разнородни съоръжения от 5 до 10 m, между съоръжения и изсушителни полета от 25 до 30 m, между отделни съоръжения в зависимост от техния обем от 20 до 50 m.
Основен етап от изработване на плана на пречиствателната станция е определяне на височинното разположение на пречиствателните съоръжения. Оптимален е изборът, при който разположението на съоръженията осигурява самотечно преминаване на отпадните води през тях.
Препоръчително е съоръженията с голяма височина като метан танковите, вертикалните и двуетажните утаители наполовина да се вкопаят в земята. По този начин, от една страна се намалява обемът на изкопната земна маса, а от друга - извлечената от изкопа земя се използва за засипване на съоръженията до определената по проекта кота, с цел топлинна изолация.

Разпределение на отпадните води
Постъпването на отпадните води в пречиствателната станция обикновено е по самотечни колектори или чрез напорен тръбопровод, а разпределението и довеждането им до отделните пречиствателни съоръжения се осъществява по открити канали и тръбопроводи. При подаване на водата към пречиствателната станция през напорен тръбопровод, се препоръчва пред станцията да се изгради приемна камера, която обикновено е от стоманобетон. Каналите, по които водата се довежда до отделните съоръжения, обикновено са с правоъгълно напречно сечение, като се препоръчва използването на стоманобетонни канали поради по-лесното им наблюдение и поддръжка. Размерите на каналите и тръбопроводите се определят на базата на хидравлично оразмеряване в зависимост от допустимите скорости на водата. Скоростта й в разпределителните улеи при минимално водно количество се приема за равна на 0,4 до 0,6 m/s и не по-голяма от 1-1,5 m/s при оразмерително водно количество. За малки станции скоростта на водата в разпределителните улеи при минимално водно количество се приема за равна на 0,3 m/s.
За да се постигне равномерно разпределение на водата и на утайките в отделните съоръжения, се използват различни видове разпределителни камери. Препоръчителната скорост на водата в довеждащата тръба към разпределителната камера при оразмерително водно количество е в границите 0,8 до 1,3 m/s. Отвеждането на водата от разпределителната шахта към отделните съоръжения се осъществява посредством дюкери, тръбопроводи или по открити улеи. При оразмеряване на отвеждащите канали или тръбопроводи се вземат предвид линейните загуби и загубите от местни съпротивления.