Градски пречиствателни станции за отпадни води

Инсталации и технологии за по-добра околна среда

В населените и техногенните територии, в резултат на производствата, услугите и жизнената дейност на човека постоянно се генерират големи количества отпадни води. Крайни приемници на тези води са изкуствени или естествени водоеми – язовири, реки и морета. Ако отпадните води от сгради и обекти бъдат зауствани непречистени във водоприемниците, това би довело до сериозно замърсяване на повърхностните води, което може да се пренесе върху останалите компоненти на околната среда и да нанесе щети върху тях и здравето на хората. С цел довеждане на тези ефекти до минимум, отпадните води се заустват в канализационна мрежа, която ги отвежда до пречиствателни станции за отпадни води (ПСОВ). В тях, с помощта на специализирани съоръжения и третиращи методи, показателите на водите се довеждат до регламентирани безопасни нива.

Събирането и пречистването на отпадни води е един от най-сериозните екологични проблеми на нашето време. В тази насока е работено много и вече е утвърдено голямо разнообразие от ефективни пречистващи технологии, основаващи се на механични, физикохимични и биохимични процеси на сепариране, разграждане и обезвреждане на вредните компоненти в отпадните води. Разработките в тази област продължават в търсене на все по-добри практики за увеличаване на пречистващата способност, намаляване на разходите за оборудване и експлоатация, повишаване на енергийната ефективност, и всичко това неизменно съобразено с екологичните изисквания. Този комплексен подход към сложните многостепенни процеси на пречистване на отпадните води осигурява максимално приближаване към устойчивото развитие в управлението на водите.

Законова рамка
Националната ни стратегия за развитие и управление на водния сектор до 2015г. е рамкова стратегия за интегрирано управление на водите в духа на Рамковата директива на ЕС за политиката на общността в областта на водите. Съгласно изискванията на Директива на ЕС 91/271/ЕЕС относно пречиствателните станции за отпадни води от населени места, страните-членки на ЕС трябва да гарантират, че отпадните води, включени в канализационните системи на населени места с над 10 000 еквивалент жители (ЕЖ), са предмет на вторично пречистване преди заустването им във водоприемниците. Ако заустването е в сладки води и устия, държавите-членки са длъжни да осигурят пречистване на канализационните води, произлизащи от агломерации с над 2 000 еквивалент жители. Мярката еквивалент жители е приета в областта на пречистване на битови отпадни води като изразява количеството биоразградими органични вещества, за които биохимичната потребност от кислород за 5 дни (БПК5) е 60 грама дневно. Вече повече от 7 години във всички страни на ЕС заустването на промишлени отпадни води в канализационните системи и в пречиствателните станции за градски отпадни води става по регламентиран начин и със специални разрешителни от страна на компетентните власти или подходящи органи.

В България със специална наредба са регламентирани емисионните норми за допустимо съдържание на вредни и опасни вещества в отпадните води, зауствани във водни обекти. За да бъдат постигнати, водите се превеждат през градски пречиствателни станции за отпадни води (ГПСОВ). В отделна наредба са посочени и максимално допустимите концентрации на вещества в производствените води, изпускани в канализационните мрежи на населените места. Тези концентрации са различни за някои показатели в зависимост то това дали канализационната мрежа завършва без или със селищна пречиствателна станция. Нормите за част от показателите се определят за всеки конкретен случай съобразно капацитета и натоварването на селищната пречиствателна станция.

Утайките, образувани в резултат от пречистването на водите, могат да се оползотворят в земеделието, при спазване на изискванията на специална наредба. Ежегодно Изпълнителната Агенция по Околна Среда (ИАОС) представя информация, съдържаща данни за количествата образувани утайки от градски пречиствателни станции за отпадни води и от други пречиствателни станции за отпадни води , третиращи води със състав, сходен със състава на битовите отпадни води от населените места. Докладваните пречиствателни станции са разделени според капацитета им, като за граница е приет капацитет, съответстващ на 5 000 еквивалент жители. Голяма част от отпадните води, постъпващи в градските пречиствателни станции, са не само битови, а и от промишлени предприятия, което влошава качеството на утайките и съответно намалява дела на подходящите за употреба в земеделието. Около 50% от всички образувани утайки от ГПСОВ в страната са неопасни и могат да се оползотворят в земеделието.

Градски пречиствателни станции за отпадни води
След като в друг материал вече разгледахме особеностите на локалните пречиствателни станции за отделни къщи, комплекси и малки населени места, сега ще се спрем на станциите, пречистващи водите на големи градове и агломерации. Тук трябва да направим уточнението, че терминологията за двата вида пречиствателни станции малко се преплита и без допълнителни разяснения трудно може да се разбере за кой вид става въпрос. Това е така, защото много от локалните пречиствателни станции, предназначени за еднофамилни къщи, са модулни и могат да се трансформират в пречиствателни станции за големи сгради, комплекси от сгради и дори за населени места. В този смисъл те също представляват градски пречиствателни станции. Сега обаче, разглеждаме градските пречиствателни станции за отпадни води на големи населени места, които се наричат още селищни, общински или централизирани и са предназначени за голям брой еквивалент жители. Като цяло и в двата типа станции протичат принципно еднакви процеси, но разликата в количествата пречиствани води за единица време, налага някои промени в инсталациите. Когато дебита на отпадните води е толкова голям, че локална пречиствателна станция не може да се справи с пречистването, то се налага построяване на градска пречиствателна станция. Тя е не само с по-голям капацитет, но и изглежда по различен начин. Много от процесите, които в локалните станции са обединени в един реактор, тук са разделени в отделни инженерни съоръжения. Процесите са аналогични – утаяване, биохимично пречистване и повторно утаяване, последвани от различни методи за обезвреждане на утайките. Това е класическата схема на една градска пречиствателна станция за отпадни води. Ще я разгледаме, преминавайки през основните пречистващи процеси и инсталациите, в които протичат.

Механично пречистване
Постъпващата в ПСОВ вода се подлага най-напред на механично пречистване, с цел отстраняване на едрите замърсители, пясъка и мазнините. Тук се използват решетки, сита, песъкозадържатели, маслоуловители и утаители, микросита, бавни пясъчни филтри. Решетките задържат най-големите предмети, а ситата – по-груби диспергирани твърди примеси. В песъкозадържателите в резултат на промяна на скоростта на движение на отпадните води се отделя пясък, който след това може да се използва в пътното строителство. Маслоуловителите са изключително важна част от механичното пречистване на водите от месо- и млекопреработвателната промишленост. Както става ясно от наименованието им те служат за сепариране на мазнините в отпадните води. Следващи етапи от механичното пречистване са утаяване и филтриране. Утаяването става в резервоари, наречени утаители, в резултата на действието на естествени гравитационни процеси. Ако във водата има фино диспергирани твърди вещества, тя се подлага на филтриране. Филтрите тук обикновено са на основата на кварцов пясък, кокс или чакъл.

Биохимично пречистване
Преминалите през механично пречистване отпадни води се насочват към биобасейни. Тези устройства представляват биохимични реактори с непрекъснато действие. В тях постъпващите за пречистване води се смесват с активна утайка, при непрекъснато подаване на кислород. Тук протичат аеробни процеси на разграждане на органичните вещества. После сместа от водата и активната утайка постъпва във вторичен утаител за утаяване под действие на гравитачни сили. Следва уплътняване на излишната утайка под действие на собственото й тегло в първичен утайкоуплътнител. Уплътнената утайка след това може да постъпи за стабилизиране, при което се намалява ферментационната й способност. Биологично стабилизираната утайка се уплътнява допълнително във вторичен утайкоуплътнител.

Стабилизация на утайките
Утайките от градските пречиствателни станции за отпадни води изискват допълнително стабилизиране и обезвреждане, което обикновено поглъща повече капиталовложения от самото пречистване на водите. Това е така, защото утайките представляват биохимична активна маса, която ако не се стабилизира и обезвреди, може да предизвика сериозни екологични и здравни проблеми. Разбира се, в съвременните ПСОВ това не се допуска. Именно затова в тях се инвестира в скъпи инсталации, които изискват и специална поддръжка. Стабилизацията на утайките се постига чрез разнообразни процеси като минерализация на органичното вещество (анаеробна метанова ферментация, аеробна стабилизация, топлинна обработка, биотермично разлагане), промяна на активната реакция на средата с варуване, унищожаване на гнилостни микроорганизми с пастьоризация и термично сушене, обезводняване с филтриране и изпарение, внасяне на химични вещества, потискащи развитието на микроорганизмите, и други.

Анаеробното изгниване се извършва от метанови бактерии при липса на кислород. Крайни продукти са метан, въглероден диоксид и остатък от неразлагащи се примеси. Процесът се извършва в двуетажни утаители и метантанкове. Двуетажните утаители се използват при малки количества отпадни води. Представляват цилиндрични стоманобетонови резервоари с конично дъно. В горната им част има улеи, които действат като хоризонтални утаители. В долната част се утаява и изгнива утайката. Метантанковете са стоманобетонови съоръжения от цилиндрични резервоари с конично дъно. Имат херметично покритие и в горната си част имат система за събиране и отвеждане на метана. Полученият метан се използва като гориво, за отопление и за производство на електричество. Метантанковете работят при най-малко 30-35°С, които се постигат с изкуствено подгряване.

За стабилизиране се използват и открити изгниватели или лагуни. Скоростта и степента на изгниване е различна в зависимост от сезона, като по този начин времето за третиране се увеличава и може да достигне до две години. За сравнение при метантаковете изгниването е за 15 дни и още 15 дни се предвиждат за престой на изсушителни полета. При откритите изгниватели и лагуните обаче, не се изисква допълнително подгряване. Те работят при мезофилни условия, докато някои метантанкове са термофилни и работят при 53°С.

За намаляване обема на утайките се прибягва и до обезводняване. Най-често използваният метод за обезводняване на утайките е с прилагане на центрофуги, филтърпреси, вакуумфилтри, изсушителни полета и лагуни. Процесът на механично обезводняване се прилага както към сурови, непреработени, така и към стабилизирани чрез анаеробно третиране утайки. В резултат съдържанието на сухо вещество (СВ) нараства и в утайките след филтърпреса достига 20-30%. Обезводнените утайки се съхраняват на площадки, където допълнително се стабилизират и изсушават.

Стабилизирането на утайките може да стане и с аеробни процеси на окисление на органичните вещества. Те се извършват от аеробни микроорганизми при наличие на кислород в съоръжения подобни на биобасейните. Тук за разлика от анаеробното стабилизиране липсват гниене и неприятни миризми. Аерирането става за 7-10 дни, а стабилизирането отнема 10-12 дни.

Утайките се подлагат на обработка по няколко от изброените методи. Изборът на начина за предварително третиране на утайките се определя в зависимост от избора на метод за крайното им оползотворяване или обезвреждане. Методите за предварително третиране на утайките от ПСОВ трябва да бъдат ясно заложени още на етапа на проектиране на ПСОВ в зависимост от решението за крайното оползотворяване или обезвреждане и конкретните изисквания по отношение на качеството на утайките при използването им в земеделието, за рекултивация на терени, при депониране и други.

Обезвреждане и оползотворяване на утайките
Последващото третиране или обезвреждане на утайките включва компостиране, термично изсушаване и депониране. Компостирането на сурови утайки е биохимичен процес, който се извършва под действието на микроорганизми при работна температура 45-55°C. Процесът изисква добавяне на 20-50% спрямо общото сухо вещество обемен материал под формата на дървесни стърготини и кори, слама, узрял компост и други за подсигуряване на аериране на материала. Съдържанието на СВ нараства до 50%.

Термичното сушене е процес, който се прилага за предварително обезводнени утайки - сурови или след анаеробно изгниване. Процесът се провежда при температура над 80°C до съдържание на СВ 80-95%. Процесът е свързан със значителен разход на енергия в зависимост от съдържанието на СВ в постъпващия и крайния материал. Енергията може да бъде набавена от изгаряне на образувания биогаз от изгнивателите или чрез използване на енергия от външен източник.

Депонирането на утайки от ПСОВ съвместно с битови отпадъци става по определени технологични схеми. При една от схемите утайките се депонират на работния фронт на депото като предварително се смесват с отпадъците. Сместа се разстила, уплътнява и запръстява. При друга схема утайките се смесват с пръст и се използват като материал за запръстяване върху битовите отпадъци.

Оползотворяването на утайките може да стане чрез инсинериране, съвместно изгаряне с производство на енергия и използване в земеделието.

Модернизация и автоматизация в ПСОВ
От изключително значение за производствената и енергийната ефективност на ПСОВ, както и за тяхната добра екологична оценка, е те да се изграждат и реконструират с използване на най-добрите налични техники и технологии. Тъй като напоследък се обръща все повече внимание на екологичните проблеми, разработените методи и съоръжения за подобряване на условията в околната среда претърпяха голямо развитие през последните години. В това отношение не правят изключение и пречиствателните инсталации за отпадни води от населени места. Голямото им търсене, налага те да се предлагат в непрекъснато подобряващи се варианти. Именно затова ПСОВ, построени преди 10-15 години, могат да се считат за морално остарели. В тях периодично старите съоръжения и инсталации трябва да се заменят с нови. Това разбира се струва средства, но е наложително да се прави, за да се достигне задоволителна ефективност и да се отговори на екологичните изисквания в новите условия. Същото важи и за новоизграждащите се ПСОВ. Всичко това става след обстойна икономическа преценка на количеството и качеството на отпадните води, процесите, които ще се използват и предлаганите на пазара продукти.

Най-модерните пречиствателни станции за отпадни води са с автоматизирано подаване на кислород, биологични и химични реагенти, чрез автоматични дозиращи помпи. Имат оборудване за контрол и наблюдение, което варира от прости таймери до компютърни системи с аларми, централен пункта за управление и монитори, на които се следи работата в реално време. Автоматичният режим на управление позволява постоянен контрол на параметрите по време на протичане на процесите в различните съоръжения (температура, pH, влажност, налягане, концентрация на вещества и микроорганизми), като осигурява оптимални условия за работа, максимална ефективност и безопасно функциониране на системата.