Пречистване на градски отпадни води

Биологично пречистване на отпадните води в агломерации под 10 хил. еквивалент жители

  Липсата на пречиствателни станции за отпадни води е един от основните проблеми, който стои пред ВиК сектора в страната. При присъединяването си към Европейския съюз, България бе поела ангажимент до края на 2010 година да изгради пречиствателни станции в населените места с над 10 хил. еквивалент жители. По данни от пресата, в момента от общо 124 агломерации, само в 54 има изградени пречиствателни станции, а в останалите 70 все още липсват такива. До 2014 година пречиствателни станции трябва да бъдат изградени и в населени места с между 2000 и 10 000 еквивалент жители, съгласно срока за постигане на изискванията на Директива 91/271/ЕИО. В тази връзка, управляващият орган на оперативна програма “Околна среда 2007 - 2013 г.” пристъпва към разработване на изисквания към проекти, отнасящи се за тези агломерации. През настоящата година ще бъдат определени правилата и критериите за възлагане, проектиране, съгласуване и строителство на канализационни мрежи и пречиствателни станции за отпадни води в агломерации с под 10 000 еквивалент жители.

Законова рамка на ниво ЕС
Принципно, пречистването на отпадъчните води е законодателно регламентирано на ниво ЕС чрез Директивата за пречистването на градските отпадъчни води (ДПГОВ), Рамковата директива за водите (РДВ), включително дъщерните директиви и косвено чрез Директивата за питейната вода (ДПВ). ДПГОВ е директивата съгласно, която агломерациите с над 2000 еквивалент жители се задължават да изградят пречиствателни станции. Крайният срок на България за изпълняване на всички изисквания по тази директива е 2014 година. В директивата пречистването на отпадните води е определено основно като първично и вторично пречистване. Третичното пречистване свързано с отстраняване на хранителните вещества се изисква само в случай на еутрофизация. С Рамкова директива за водите (РДВ) се регламентират изискванията за постигане на добро състояние на водата и на подземните води. Директива за питейните води (ДПВ) се отнася за водоснабдителните системи за питейни нужди за  > 50 души или за водоснабдяване > 10 m3 дневно. Тя постановява здравни стандарти за качество (микробиологични и химически параметри) за осигуряване на безопасна питейна вода.

Пречистване на отпадните води от малки населени места
Характерно за пречиствателните съоръжения в по-малките населени места е, че те обикновено са подложени на високи сезонни и дори дневни колебания в потока на отпадъчните води и натоварването. От друга страна, тези пречиствателни съоръжения е добре да бъдат лесни за управление и експлоатация. Обикновено градските отпадни води се определят като смес от битови и индустриални отпадни води, като често към отпадните води се включва и оттичащата се дъждовна вода. Наложило се и често използвано решение за тяхното отвеждане и пречистване е използването на централна канализационна система, по която отпадните води достигат до централна пречиствателна станция. Факторите, посочвани като определящи за избора на подобна концепция за управление на отпадните води, са по-ниските инвестиционни и експлоатационни разходи в сравнение с изграждането на няколко по-малки по размер станции. По мнение на специалисти обаче, за по-малките населени места този подход може да се окаже не достатъчно ефективен и да се характеризира с повече недостатъци, отколкото ползи. В тази връзка, в последните години при разработването на технологична схема за пречистване на отпадните води, за по-малките населени места се обръща все по-голямо внимание на съвременните полеви, децентрализирани или полуцентрализирани концепции за управление на отпадните води. Тези концепции включват събиране, пречистване и депониране или повторно използване на отпадните води. Прилагането на тези подходи е свързано с използването на много малки съоръжения за санитарна обработка и пречистване на отпадните води, проектирани и изградени на място. Сред посочваните предимства на децентрализираните или полуцентрализираните системи обикновено са: по-ниските инвестиционни и експлоатационни разходи и разходите за поддръжка по отношение на канализационната система, по-добра защита на водните ресурси, гъвкавост и приспособимост към променящи се условия и др. Като техни недостатъци обикновено се посочват по-ниската пречиствателна ефективност, необходимостта от добър контрол и т. н.

Използвани технологии за пречистване на отпадните води
Съвременните пречиствателни станции за градски отпадни води обикновено включват комплекс от съоръжения, обособени в четири основни блока – за механично пречистване, биологично пречистване, обеззаразяване и третиране на утайките. Подборът на методи и съоръжения за постигане на желания пречиствателен ефект, се определя в зависимост от количеството и замърсеността на отпадните води. Влияние върху избора на методите и степента на пречистване оказват и конкретните условия и възможността за оползотворяване на получените и обезвредени утайки. Широко разпространена практика, за биологично пречистване на отпадни води е използването на съоръжения, в които биологично пречистване протича при изкуствено създадени условия, които се базират на интензивни биологични процеси. Подобни съоръжения са биофилтрите, които са пречиствателни съоръжения със сравнително несложна конструкция, изградени предимно от стоманобетон. В зависимост от количеството и замърсеността на отпадните води, необходимата степен на пречистване, технологичните възможности и конструктивните особености на биофилтрите, при тях се използват няколко технологични схеми на пречистване – едностепенни, двустепенни и в редки случаи - многостепенни. Биофилтрите се характеризират с редица предимства. Сред тях са простотата в конструкцията им, лесната експлоатация и поддръжка. Основно тяхно предимство в сравнение с други биореактори е малкият разход на електроенергия. Биофилтрите осигуряват висок пречиствателен ефект, а извлечената биомаса е с много добри седиментационни качества. Като основен техен недостатък се посочва невъзможността за системен и ефективен контрол, както и чувствителността на процесите от резки понижения на температурата на въздуха. Широко разпространени са и съоръженията, използващи активна утайка, познати като биодискове или въртящи се биоконтактори. Биодисковете са съоръжения, в които се извършва аеробно биологично пречистване, като за отстраняване на биологичните замърсители се използва активна утайка (единични щамове или комплекс от такива, които при подходящи условия на развитие в присъствието на кислород се размножават, консумирайки органичните замърсители). Могат да се използват както за непълно, така и за пълно биологично пречистване, със или без стабилизиране на получените утайки. Като основни техни предимства се посочват лесната им експлоатация, ниските енергийни и експлоатационни разходи, както и възможността да се постигне висока степен на пречистване. Практически е доказано, че могат успешно да се използват както за пълно, така и за непълно биологично пречистване на битови и промишлени отпадни води. Съществено предимство на биодисковете е гарантираното пълно периодично намокряне на повърхността на дисковете, независимо от текущото хидравлично натоварване. Чрез промяна скоростта на въртене на дисковете е възможно да се регулира концентрацията на кислород в пречистваните отпадни води. Важно предимство на биодисковете е и фактът, че те не са източник на допълнителен производствен шум.
Недостатъците на въртящите се биоконтактори са свързани с по-високата първоначална инвестиция за изграждането им. Освен това, при използването им е необходимо да се осигури добро механично пречистване, тъй като първичната утайка и отмитата биологична ципа могат да се утаят на дъното на биобасейните, в които са потопени дисковете и да създадат затруднения. По тази причина се препоръчва да се предвидят изпразнителни устройства, чрез които да се отстраняват този вид утайки. Като нововъведение при пречистването на отпадните води се приема използването на анаеробен реактор. Основно предимство на използването на подобни реактори е, че анаеробната система не се нуждае от никакво аериране, следователно не изразходва енергия за това, а в същото време произвежда енергия под формата на биогаз.
Използването на подобни съоръжения за биологично пречистване, за агломерации с до 10 000 еквивалент жители обаче не винаги се приема за подходящо. Сред аргументите са необходимостта от немалки инвестиции и съпътстващите ги сериозни експлоатационни разходи. По тази причина специалисти в областта препоръчват за тези агломерации да се използват съоръжения за естествено биологично пречистване каквито са биологичните езера. Те се приемат за особено подходящи при селски условия. Сред посочваните им предимства са възможността да се постигне премахване на хранителните вещества в случай на оттичане на отпадъчните води в чувствителни зони, премахването на патогените в по-голяма степен в сравнение с разгледаните по-горе съоръжения, фактът, че не се налага задължително използване на електроенергия. Електроенергия е необходима само, в случай че се използват аерационни басейни, например. Сред техните предимства са и голямата експлоатационна сигурност, стабилността на процеса и възможността за третиране на отпадните води от смесена канализационна мрежа.

Биологичните езера
са изкуствено създадени съоръжения. Подходящи са за биологично пречистване и допречистване на отпадните води. Пречистването на отпадните води в подобни съоръжения е добре позната технология. Постигането на пречиствателен ефект в тях е на база използването на характерните за водоемите естествени процеси на самопречистване. Характерно за тях е и дългосрочното задържане на водата, поради което те изискват и значително по-голяма площ. Поради значителния си обем биологичните езера имат голямо буферно действие. При резки колебания на количеството и качеството на постъпващите в тях отпадни води, ефектът на пречистване почти не се изменя.
Системите с басейни се характеризират с висока производителност, ниски разходи, ниска консумация на енергия, лесна експлоатация и поддръжка. Приемат се за особено подходящи в райони с топъл климат. Те са посочвани и като една от утвърдените технологии в ЕС, използвана широко в селските райони на повечето държави. Като пример може да се посочи Франция, за която се твърди, че пуснатите в експлоатация системи с басейни за стабилизиране на отпадните води са около 2500.
Биологичните езера обикновено са с правоъгълна форма при съотношение на широчината към дължината от 1:2 до 1:3. Изграждат се върху терени, заградени със земнонасипни диги. Дъното им обикновено е с наклон 1% към водоотвеждащите съоръжения, което дава възможност за изпарение на езерата. Биологичните езера, в зависимост от хидравличните и експлоатационните им особености, могат да се класифицират като събирателни, контактни, проточни и филтрационно-изпарителни. В зависимост от характера на протичащите сложни физични, химични и биологични процеси биологичните езера биват: аеробни, аеробно-анаеробни и анаеробни
Анаеробните биологични езера се използват предимно за пречистване на силно замърсени промишлени отпадни води. Не се препоръчва използването им за пречистване на битови отпадни води поради отделянето на газове с неприятна миризма, които оказват неблагоприятно въздействие върху околния въздух.
Характерното за аеробно-анаеробните (факултативните) биологични езера е, че в тях едновременно протичат два процеса - аеробно окисляване на разтворените органични вещества в горните слоеве и анаеробно (метаново) разграждане на утайките на дъното. Тези биологични езера са подходящи за пречистване и допречистване на битови и промишлени отпадъчни води. Тяхна особеност е, че натоварването им с органични вещества се влияе от климатичните условия. В аеробно-анаеробните езера необходимият кислород за аеробно окисление на органичните вещества постъпва от една страна посредством дифузия при контакта на въздуха с водната повърхност. Друг голям източник на кислород се явяват водораслите, които го отделят при фотосинтезата. Водораслите също така поглъщат въглеродния двуокис, фосфатите и амониевия азот, които се получават при разграждане на органичните вещества.
Аеробните биологични езера, подобно на аеробно-анаеробните, са подходящи за пречистване и допречистване на битовите и промишлените отпадни води. За набавяне на необходимия кислород при тях може да се разчита на естествена или изкуствена аерация. Езерата с естествена аерация получават кислород от въздуха и от водораслите при фотосинтезата. Характерно за тях е, че те се изграждат с дълбочина не по-голяма от 1 m, тъй като процесът на фотосинтеза протича при малка дълбочина.
По-широко използвани в практиката са биологичните езера с изкуствена аерация. В зависимост от използваните начини за аериране те се подразделят на езера с пневматична аерация и с механична аерация. Изкуствената аерация допринася за интензифициране работата на биологичните езера. Оразмеряването на аерационната система обикновено се свежда до определяне броя на аераторите и начина на подаване на въздуха, без да се отчита постъпването му чрез фотосинтезата. Наложило се за момента в практиката решение е механичната аерация, при която се използват различни видове механични аератори.
При използването на биологични езера е добре да се има предвид, че тяхната експлоатация протича нормално при температура на водата не по-ниска от 6 оС. При по-ниски стойности се наблюдава затихване на биохимичните процеси и съответно влошаване на пречиствателния ефект.

Системи на изграждане
Биологичните езера обикновено се изграждат върху необработваеми терени с малки наклони. Броят им в повечето случаи варира от три до пет последователно разположени басейни, обособени в няколко паралелни каскади. Последователното разположение на басейните осигурява надеждно отстраняване на органичните вещества, частично отстраняване на хранителните вещества и частична дезинфекция. Обикновено се използват различни схеми като например факултативен басейн и басейни за отлежаване или аерационен басейн и утайтелни басейни. Твърди се, че при използването на биологични езера може да се постигнат резултати по отношение на органичните вещества за над 75% отстраняване на ХПК. По отношение на азота, сумарните концентрации в отпадните води обикновено са ниски, но резултатите се влошават през студените месеци. За подобряване на пречистването може да се използват аерационни басейни. При дълбочина на езерата до 1 м концентрацията на водорасли в тях през летните месеци достига до 100-150 mg/dm3. За извличането им от водата обикновено се използва центрофугиране с предварителна концентрация на водораслите във флотатори. Получената биомаса от водорасли може да се използва за храна на животните и за наторяване.
В редица европейски страни разпространена практика е и използването на изкуствени влажни зони. Те се явяват естествени системи, в които отпадните води протичат през растителен почвен филтър, където се осъществява биологичното и физическото пречистване.