Формирование и очистка поверхностных и моечных сточных вод
(на примере Москвы)

Для большинства современных городов России одной из первоочередных задач охраны окружающей природной среды и здоровья населения является проблема организации сбора, отведения и очистки сточных вод. Водоотводящая система Москвы является неполной раздельной и включает в себя две самостоятельных системы водоотведения: хозяйственно-фекальную и водосточную.

Весь хозяйственно-фекальный сток Москвы собирается единой хозяйственно-фекальной канализационной сетью и отводится на централизованные канализационные станции аэрации. Такая организация сбора, транспортировки и очистки хозяйственно-фекальных сточных вод исключает возможность попадания неочищенных сточных вод в поверхностные водоисточники, являющиеся приемниками очищенных хозяйственно-фекальных сточных вод.

Поверхностный сток с территории Москвы собирается и отводится водосточной сетью, которая сориентирована на Москва-реку и малые реки города как приемники поверхностных стоков и элементы городской водоотводящей системы.

Среднемноголетний расход современного суммарного стока с территории Москвы составляет 18,1 м³/с. В этот расход входят следующие компоненты:

• поверхностный сток от атмосферных осадков;
• грунтовый сток от атмосферных осадков;
• дренажный сток, формирующийся из потерь в водонесущих коммуникациях, аварийных и технологических сбросов, а также расходов на пожаротушение и т. п.;
• промышленные нормативно-чистые сбросы (в том числе моечные стоки);
• поливочные воды.

По данным ГУП "Мосводосток" более половины водовыпусков не имеют никаких устройств очистки сбрасываемых вод. Существующие сооружения представлены тремя основными видами:

• пруды-отстойники;
• щитовые заграждения;
• сооружения камерного типа.

Результаты измерений проведенных лабораторией ГУП "Мосводосток" показывают, что из 21 показателя загрязнений, по которым проводились измерения, случаи превышения значений над допустимыми (ПДК) наблюдались по следующим 7 показателям: взвешенные вещества, нефтепродукты, марганец, железо, азот аммиака, ХПК, БПК.

Данные по оценке качества поверхностного стока приведены в таблице.

Сильное влияние на качественные и количественные характеристики отводимых поверхностных вод оказывает состояние территории города. На сегодняшний день состояние территории Москвы является неудовлетворительным. Часть поверхностного стока отводится в водоотводящую водосточную сеть и непосредственно в водоприемники неорганизованно. Этот сток, как правило, представляет собой небольшие рассредоточенные, не увязанные в единую систему водостока потоки с территорий открытых стоянок, АЗС, гаражных комплексов, производственных площадок и т. д. Образующиеся таким образом сточные воды оказывают серьезное воздействие на санитарно-эпидемиологическое состояние столицы. Разбрызгиваемые колесами транспортных средств поверхностные сточные воды образуют аэрозоли, которые, находясь в атмосферном воздухе, наносят значительный ущерб населению и растительности города.

Частично или полностью проблему неорганизованного стока на территории города можно решить минимизацией таких потоков, устройством локальных водосточных систем и очистных установок.

На сегодняшний день к качеству очищенных поверхностных сточных вод перед их сбросом предъявляются достаточно жесткие требования. Лимитирующими показателями загрязнений являются нефтепродукты и взвешенные вещества.

В процессе разработки технологической схемы очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, необходимо учитывать агрегативное состояние этих загрязнений в стоках.

Нефтепродукты в поверхностных сточных водах чаще всего находятся в трех основных состояниях:

• в молекулярно-растворенном, с крупностью частиц 10^-5>d>10^-7 м;
• эмульгированном, с крупностью частиц 10^-3>d>10^-5 м;
• дисперсном, с крупностью частиц d>10^-3 м.

Загрязнения, содержащиеся в виде дисперсия способны осаждаться, а также выделяться в виде пленки на поверхности воды в процессе отстаивания. Эмульгированные загрязнения (коллоидные системы и эмульсии) стабильны в воде и практически не выделяются при отстаивании.

Молекулярно-растворенные загрязнения образуют с водой растворы.

В основе всех существующих технологических систем очистки нефтесодержащих сточных вод заложены следующие группы методов:

• механические;
• биохимические;
• физико-химические и электрохимические.

На рисунке представлены результаты исследования состояния нефтепродуктов в сточных водах и, соответственно, правильности выбора метода очистки этих вод.

Области эффективного применения различных методов очистки характеризуются различием состояния нефтепродуктов в сточных водах.

1. Механические методы очистки поверхностных сточных вод

Общим признаком данной группы методов очистки является то, что в их основе лежит гравитационная сепарация нефтепродуктов, взвесей и воды.

Механическая очистка является самым распространенным методом обработки воды, содержащей нефтепродукты и взвеси. В процессе механической очистки из сточных вод удаляются крупные загрязнения и крупнодисперсные примеси, находящиеся как в твердом, так и в жидком состоянии (в т. ч. нефтепродукты).

К сооружениям механической очистки следует отнести песколовки, нефтеловушки, отстойники, пруды накопители, гидроциклоны и центрифуги.

В процессе механической очистки из обрабатываемой воды удаляются загрязнения, имеющие крупность более 60 мкм.

2. Физико-химические методы очистки поверхностных стоков

В технологических схемах очистки поверхностных сточных вод широкое практическое применение нашли разделительные процессы, такие как: пенная сепарация (компрессионная, барботажная и импеллерная); сорбция; коагулирование; коалесцирующая сепарация; электрохимические процессы (электрокоагуляция и электрофлотация); мембранные процессы.

Физико-химические процессы очистки нефтесодержащих сточных вод являются наиболее эффективными. С их помощью возможно доведение качества очистки поверхностных сточных вод до концентраций загрязнений в них (сточных водах), удовлетворяющих требованиям, предъявляемым при сбросе в систему водостока или непосредственно в водоприемник.

3. Биохимические методы очистки нефтесодержащих сточных вод

Биохимическая очистка применяется, как правило, после сооружений механической и физико-химической очистки. Биохимические процессы (в т. ч. биосорбция) - это универсальный способ удаления из предварительно очищенных сточных вод растворенных органических веществ. Наиболее простыми и дешевыми сооружениями биохимической очистки поверхностных сточных вод в естественных условиях являются биологические пруды и биологические плато.

Современные технологические схемы очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, включают комбинацию нескольких методов (как механических, так и физико-химических). Таким образом, достигается необходимая степень очистки сточных вод.

Еще одной экологической проблемой сегодняшнего дня являются сточные воды, образующиеся в процессе мойки автомобилей. Такие сточные воды содержат поверхностно-активные вещества - ПАВ, которые входят в состав всех моющих средств.

Несмотря на производство биоразлагаемых поверхностно-активных веществ, водоемы продолжают загрязняться этими веществами, причем это относится как к поверхностным, так и к подземным водам.

В исследованиях, выполненных многими авторами, показано существенное влияние этих веществ практически на все виды живых организмов, растений и человека. В животном организме даже незначительные концентрации ПАВ изменяют проницаемость мембран, оказывают влияние на кумуляцию различных веществ, в том числе токсических, изменяют токсичность последних. Заслуживает внимание также влияние ПАВ на обмен в организме аминокислот, глюкозы и других веществ.

Значительный ущерб эти вещества наносят открытым водоемам как сложившимся природным экологическим системам, нарушая в них процессы самоочищения, и как источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения, ухудшая целый ряд санитарно-химических показателей. В силу высокой капиллярной проницаемости ПАВ ими интенсивно загрязняются и подземные водоносные горизонты.

Характерным признаком ПАВ является изменение качества воды по таким показателям, как пенообразование, запах, привкус, окисляемость и др.

Весьма существенным, специфичным для ПАВ является эмульгирование некоторых видов загрязнений, например, нефтепродуктов, которое существенно повышается даже при малых концентрациях ПАВ. Это является неблагоприятным фактором с точки зрения хозяйственно-питьевого водоснабжения, процессов самоочищения водоема.

Следует отметить способность ПАВ воздействовать на другие виды загрязнений сточных вод, повышая их агрегативную устойчивость и усложняя последующую очистку. При этом собственно ПАВ являются трудноудаляемыми компонентами.

Известно отрицательное влияние ПАВ и на неорганическую среду - интенсивная эрозия почв, повышение коррозии металлов, ускорение процессов старения железобетонных конструкций и т. д. В большинстве городов России установлена норма ПАВ в сточных водах, сбрасываемых в городскую водоотводящую сеть, на уровне ПДК водоема рыбохозяйственного назначения.

Широчайшее распространение этих веществ в производственных процессах и быту делает проблему очистки воды от ПАВ значимой и своевременной.

Обширная область применения ПАВ в производственных процессах обусловливает наличие этой группы загрязнений в самых различных категориях сточных вод. В общем случае, сточные воды, содержащие ПАВ, могут быть разделены на три категории по концентрации и составу сопутствующих загрязнений.

1. В большинстве случаев использование ПАВ связано с приготовлением моющих растворов высокой начальной концентрации. По мере снижения моющих свойств растворов и накоплением в них примесей эти растворы сбрасываются в системы водоотведения. Уже на этой стадии ПАВ начинают оказывать отрицательное воздействие на комплекс соединений, входящих в сточные воды, стабилизируя агрегативную устойчивость системы. Концентрация ПАВ в таких водах может достигать сотен и тысяч граммов на кубический метр. Это характерно для всех водоемких производств предприятий легкой промышленности, коммунально-бытового обслуживания и др.
2. Многие производственные процессы включают использование ПАВ в качестве эмульгаторов, смачивателей, собирателей, стабилизаторов, которые также переходят в сточные воды, однако в концентрациях, сопоставимых с другими загрязнениями. Концентрация ПАВ в таких сточных водах изменяется в пределах от десятков до сотен граммов на кубический метр. Эти категории сточных вод присутствуют практически во всех промышленных отраслях, использующих воду.
3. Широкое использование ПАВ в препаратах бытового назначения и стиральных порошков обусловливает тенденцию резкого возрастания количеств этих веществ в хозяйственно-бытовых сточных водах. Причем, концентрации ПАВ в этих водах приближаются ко второй группе производственных сточных вод. Исследования и разработки, выполненные на кафедре Водоотведения МГСУ совместно с фирмой "КУБОСТ", охватывают практически все категории сточных вод, содержащих ПАВ, на разных этапах их формирования - от концентрированных растворов в промышленном производстве до биологически очищенных сточных вод населенных пунктов перед выпуском их в водоем.

Разработан ряд технологических схем и конструкций оборудования для очистки воды от ПАВ с использованием химических, физико-химических, биохимических и других процессов. Большой объем работ выполнен по разработке и интенсификации методов флотации, сорбции, коагулирования, деструкции различными окислителями, экстракции, ионного обмена и мембранной технологии, комплекса методов электрохимической очистки сточных вод. Однако, необходимость очистки сточных вод от ПАВ до уровня ПДК водоема рыбохозяйственного назначения возникла в последнее время.

Существующие процессы очистки воды, сооружения и аппараты, как правило, не отвечают условиям, обеспечивающим эффективное и экономичное решение этой проблемы. В зарубежной практике очистки сточных вод также отсутствует единство концепций защиты природных вод от ПАВ.

Основываясь на тенденциях ужесточения норм ПДК для сброса сточных вод в системы водоотведения населенных пунктов и поверхностные водоемы, возникает задача максимального сокращения сброса ПАВ со сточными водами и существенного повышения степени очистки воды от этих веществ.

Решение проблемы возможно при комплексном подходе, основанном на развитии двух направлений научно-исследовательских, проектно-конструкторских и производственных работ:

• разработка рациональных систем водопользования в производственных (моечных) процессах, использующих ПАВ;
• разработка высокоэффективных технологий и оборудования по извлечению ПАВ из сточных вод.

Первое направление предполагает разработку процессов и аппаратов для селективной очистки сточных вод, содержащих ПАВ, от мешающих примесей и возврат их в производство в качестве технологических растворов ПАВ. Селективной очисткой достигается значительное сокращение сброса ПАВ в систему водоотведения, а также экономия этих реагентов и воды в основном производстве.

Вторым направлением предусматривается разработка процессов и аппаратов для глубокой очистки сточных вод от ПАВ, обеспечивающих качество очищенных вод, удовлетворяющее требованиям ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Известные методы очистки промышленных сточных вод условно делятся на две основные группы: деструктивные и разделительные. Имеющейся в настоящее время "палитры" методов достаточно для решения большинства практических задач очистки сточных вод. Однако, техническая реализация этих методов путем оснащения предприятий сооружениями или установками индивидуального изготовления в масштабе России представляется мало реальной.

При всем многообразии условий образования сточных вод, их количеств и составов может быть выработан общий подход к решению проблемы сокращения сброса ПАВ, к изучению и разработке эффективных процессов и аппаратов для реализации в малых установках и крупных очистных комплексах России.

Это позволит надежно решить проблему очистки сточных вод населенных мест и предприятий с малым и средним объемом водопотребления, а также осуществить локальные водообороты для крупных потребителей воды.

Сегодня на рынке экологического оборудования России широко представлены установки малой производительности, предназначенные для очистки поверхностных и моечных сточных вод.

Работа большинства из представленных установок основывается на применении гравитационной сепарации и последующей сорбционной фильтрации. При такой схеме очистки сорбционная загрузка фильтров быстро теряет сорбционную емкость и нуждается в замене, так как регенерация таких материалов, как правило, трудоемкий и продолжительный процесс.

Фирма "КУБОСТ" в течение последних двадцати лет занимается разработкой и применением технологических схем очистки сточных вод различного происхождения. Особое внимание уделяется разработке принципиально новых локальных установок очистки сточных вод, содержащих эфироизвлекаемые примеси. На базе проведенных исследований была создана и опробована в производственных условиях на реальных водах установка очистки поверхностных и моечных сточных вод "КУБОСТ 3-КФ". Данная установка выгодно отличается от существующих аналогов:

• многоступенчатая схема очистки гарантирует стабильность получения требуемого качества очистки воды;
• универсальность;
• возможность изменения последовательности технологических циклов;
• компактность;
• возможность перенастройки под сточные воды различного состава;
• возможность использования новых материалов;
• возможность включения в существующие системы водоочистки;
• возможность применения в системах технического водоснабжения.

Установка "КУБОСТ 3-КФ" может использоваться в системах оборотного использования воды на мойках автотранспорта, для очистки поверхностного стока с территории АЗС, стоянок, предприятий автосервиса, для совместной очистки поверхностных и моечных сточных вод.

П. В. Косач, инженер фирмы "КУБОСТ"

Тел. (095) 269-3166

Е. В. Алексеев, канд.техн.наук, МГСУ

Тел. (095) 183-2765