Принцип работы мембранного метода очистки сточных вод

Как выбрать наиболее подходящий объём системы

Современные производители создают локальные станции с различным объёмом. Также дополнительно могут быть установлены дренажные насосы, автоматическая система управления. Покупатель может выбрать материал из которого будут сделаны резервуары.

Для выбора наиболее подходящего объёма следует учесть следующие параметры:

• Количество человек, которые будут проживать в доме. Также необходимо сделать поправку на возможное увеличение людей. Например, приезд родственников, празднование знаменательных чисел, пополнение семейства. Большее количество людей создаёт дополнительную нагрузку на канализационную систему, из-за этого её следует сделать немного больше.
• Включить в расходы воды следует пользование унитазом, душем или ванной, мытье посуды, наведение порядка в помещениях, стирку. В среднем, следуя некоторым нормативным документам на человека в сутки уходит от 200 л до 300 л воды. При установленных фильтрах расход увеличивается, но не на большую цифру, так как каждый член семьи потребляет всего несколько литров в день.
• Умножить суточное потребление воды на количество проживающих людей. При этом необходимо брать максимальные параметры. Например, в семье из трёх человек общее потребление воды за сутки составит 900 л. Этого достаточно для комфортного проживания без постоянной экономии.
• При выборе резервуара следует знать, что его объём должен превосходить суточный расход в несколько раз. Поэтому если пользователь предполагает расходовать 900 л воды в сутки, объём резервуара должен составлять не менее 4 м3. Этого вполне достаточно для правильного функционирования системы без сбоев.

Выбирать объём системы следует заранее, проведя необходимые расчёты. Если станция локальной очистки будет слишком мала, то это приведёт к перебоям в работе. Последствием прекращения функционирования является слишком длительной временной промежуток, за который восстанавливаются полезные микроорганизмы. Устройство начинает работать, слишком отклоняясь от паспортных данных, что приводит к более частым поломкам.

Виды

Мембраны могут различаться в зависимости от:

• конструкции,
• размера пор.

Рассмотрим каждый вид более подробно и определим различия между ними.

По конструктивному исполнению

Фильтрующий элемент в зависимости от назначения может быть представлен в разном исполнении. Так, различают 5 вариантов.

Дисковые

Такие мембраны разделяются на 3 типа:

• однородные без подложки;
• армированные тканью, на которую наносится перфорированное полотно;
• с крупнопористой подложкой и рабочим слоем.

Изготовлена мембрана из 3 пленок:

• полистирольная,
• полисульфоная (не поддается деформации под давлением),
• полиамидная, которая выступает в роли барьера.

Трубчатые

Для изготовления такого элемента используются:

1. керамика;
2. пластик;
3. металл;
4. ткань.

В поперечном сечении трубка может измеряться в мм или см (до 2). Стенки также бывают разные: с одинаковой толщиной или с разным количеством пор, т. е. плотностью (асимметричные).

Подача воды в фильтр осуществляется посредством насоса. Очищенный продукт поступает в накопитель, а отсев сливается в канализацию.

Рулонные

Мембрана расположена между двумя дренажными прокладками. Полученный материал накручивается на трубу. В результате получается многослойный фильтрующий элемент. Вода проходит с одного торца, загрязнения с другого. В результате чистка фильтра практически не требуется.

Важно! Устройства такого типа считаются высокоэффективными.

Треково-мембранные

Пленку для таких приборов изготавливают из нескольких полимерных полотен толщиной до 23 мкм. После наслаивания они поддаются «бомбардировке» криптоновыми ионами. В результате получается мембрана с порами до 0,05 мкм.

Фильтрующий элемент справляется с очисткой любой воды на тонком уровне.

Ее используют в производстве компактных устройств, которые не требуют насоса и подключения к электросети.

Пластиковый футляр с мембраной достаточно опустить в емкость с исходной жидкостью. К нему подключается сливная трубка, которая помещается в другой сосуд для очищенной воды.

Половолоконные

В качестве фильтрующего элемента выступают пористые трубки. В поперечном сечении диаметр составляет 1 мм. Пропускная способность ограничивается фракцией в 0,1 мкм.

В канализацию выводятся:

• металл;
• бактерии;
• микроорганизмы.

Интересно! Отмечается способность устранять из воды цисты лямблий.

К недостаткам относят необходимость в постоянной чистке трубочек, так как отсутствует контроль над подачей воды. В результате загрязнение происходит относительно быстро.

По размеру пор у мембран

В зависимости от размера пор выделяют такие разновидности мембранных фильтров:

• Микрофильтрационные (1-0,1 мкм). Такое полотно справляется с очисткой мутной воды. Жидкость очищается от механических примесей и коллоидных частиц. Применяется для фильтрации сточных вод.
• Ультрафильтрационные (0,1-0,01 мкм). На поверхности мембраны оседают бактерии, водоросли, нерастворимые соединения и коллоидные частицы. С солями фильтр не справляется. Приборы устанавливают в промышленности и в частном секторе.
• Нанофильтрационные (0,01-0,001 мкм). Такая мембрана актуальна для работы с жесткой водой. Ее поры не пропускают металлы, органику, хлористые соединения. После прохождения потока через такой фильтр вода считается пригодной для питья.
• Обратноосмотические (0,001-0,0001 мкм). С помощью такого устройства осуществляется самая тонкая очистка. Из жидкости уходят нефтепродукты, бактерии, частицы вирусов, пестициды, красители. К минусам относится большой расход воды, а также дистиллированная вода на выходе, которая требуется дополнительного насыщения минерализатором.

Виды очистных сооружений

Очистное сооружение представляет собой резервуар, который в зависимости от нужд может быть разного объёма.

Станции биологической очистки различаются по:

• степени очистки;
• материалу изготовления корпуса;
• расположению;
• по виду ориентации корпуса;
• энергозависимости и т.д.

Существуют разновидности очистных сооружений, которые являются лишь альтернативой отстойным ямам – накопительные системы.

В них 1 фильтр или его вовсе нет, они выполняют функцию сбора жидкости и консервации неприятных запахов.

Принцип работы основан на отстаивании взвешенных веществ и малоэффективной фильтрации.

На выходе из таких устройств жидкость очищается не более, чем на 40%. Вода не пригодна для повторного использования и отвода в грунт. Для более тщательной очистки необходимы дополнительные сооружения. Такие воды удаляются из участка с помощью ассенизаторской машины.

Другой тип очистных сооружений – камерные системы. В них может быть от 1 до 5 фильтров. Принцип работы основан на биологической очистке стоков за счёт жизнедеятельности микроорганизмов.

Корпус изготавливается из различных материалов:

• пластика;
• стали;
• стеклопластика;
• бетона и т.д.

Чаще всего встречаются автономные канализации с резервуаром, выполненным из стеклопластика.

Широкое распространение данного материала связано с тем, что он лёгкий, долговечный и герметичный.

По расположению очистительные системы могут быть:

1. подземные (углубляется под землю);
2. надземные (резервуар остаётся на земле).

По ориентации корпуса автономное канализационное оборудование может быть:

• вертикальным;
• горизонтальным.

Принадлежность к тому или иному виду можно определить визуально.

Среди локальных очистных сооружений (ЛОС) есть:

1. энергозависимые;
2. энергонезависимые.

Для работы энергозависимых систем необходимы дополнительные источники энергии – подключение к электросетям. В случае с энергонезависимыми, здесь стоки передвигаются самотёком, их работа не обуславливает наличие каких-либо ресурсов.

В продаже можно найти септики, предназначенные для помещений, в которых проживает от 1 до 350 человек.

Некоторые устройства могут быть использованы только в определённых условиях:

• при отсутствии вблизи водоёма или скважины;
• конкретном уровне грунтовых вод;
• указанном типе почв и расстоянии от жилого дома.

Разновидности

Следует рассмотреть все существующие виды мембран по различным критериям.

По уровню осуществления очистки

Через мембрану спокойно может пройти вода либо газ, однако, иные частицы будут задержаны. Крупные включения убираются из воды посредством механических и иных разновидностей фильтров. Фильтрация с помощью мембран задействуется для выполнения очистки от маленьких частик.

По размерам пор можно выделить следующие виды (размеры пор представлены в мкм):

• микро- (0,1-1), ультра- (0,02-0,1), нанофильтрационные (0,001-0,02);
• с обратным осмосом (0,0001-0,001).

Мембраны микрофильтрационного вида способны убрать из воды значительное загрязнение. К этой категории относятся те частицы, из-за которых вода становится мутной. Вещества, которые были растворены в воде, данный фильтр не способен устранить. Второй вариант (ультрафильтрационная система) способен задерживать коллоиды, различные микроорганизмы и высокомолекулярные включения. Подобная очистка позволяет убрать из воды различные примеси, однако, солевой состав, необходимый человеку, в ней сохраняется.

Следовательно, чтобы смягчить жесткую воду, подобная система не подходит. Чтобы сделать воду более мягкой и устранить жесткость, требуется нанофильтрация. Последний вид мембран способен задерживать всевозможные загрязнения различных размеров.

По конструкции

В данном случае мембраны различаются между собой по своей форме:

• Дискообразная. Характеризуется низкой чувствительностью к давлению. Может применяться до давления 1000 мм водяного столба. Может быть выполнена в трех различных вариантах. Дискообразная мембрана способна быть выполнена из одного компонента, представлять собой пористую ткань либо иметь 2 слоя (пористый и рабочий).
• С трубчатыми элементами. Такие мембраны подразумевают под собой трубку, выполненную из пористого материала. Она может быть изготовлена из различных материалов, однако, самыми распространенными являются пластик и керамика. Диаметр данной трубки может равняться нескольким миллиметрам либо доходить до 2 см. Стенки трубки могут быть симметричными или нет. Первый способ предусматривает одинаковую толщину и пористость по всей длине, а второй подразумевает, что определенная часть стенок более плотная и имеет меньшее число пар, нежели другая. Вода попадает в данную пористую трубку с помощью насоса. Она проходит через поры и, соответственно, очищается. Отфильтрованная жидкость накапливается в баке, а грязная направляются в канализацию.

• Рулонная. Данная фильтрационная система подразумевает под собой дренажные трубки, которые обернуты в фильтрующий слой. Дренажные прокладки в данной ситуации с обеих сторон прикрывают мембрану, из-за чего получается пласт с тремя слоями, накручивающийся на трубку. Этот механизм подразумевает, что с одной стороны в систему подается загрязненная вода. Далее она проходит процесс очищения и направляется в бак. Поток жидкости делится на 2 части. Один проходит стадию очищения, а второй смывает загрязнения, которые через торцевую часть направляются в канализацию. Подобная конструкция характеризуется удобством, имеется тонкий рабочий слой, что повышает производительность данного фильтра. Засорение происходит крайне редко.
• Половолоконная, состоящая из множества трубочек с малым диаметром. Поскольку они имеют компактный размер, можно увеличивать количество данных трубочек в приборе, что позволяет повысить количество фильтруемой воды. В качестве недостатков подобной системы стоит выделить частые засорения и сравнительно сложную очистку. Во избежание подобных ситуаций, необходимо предварительно провести качественную очистку, которая сможет убрать крупные загрязнения.

Возможные проблемы

Нормы содержания загрязнений в очищенных стоках хотят приравнять к мировым, а на большинстве предприятий России используется физически устаревшее оборудование.

Очистка по технологиям, разработанным в прошлом веке, не снижает уровень примесей до нужных показателей.

Современное оборудование дорогое. Например, УФ-обеззараживатели установлены только в столице и нескольких крупных городах. В большинстве населенных пунктов оборудование изжило себя настолько, что часто стоки сбрасывают в водоемы без очистки.

Некоторые частные предприниматели не хотят вкладывать средства в постройку очистных сооружений. Они сбрасывают в реки загрязненные воды.

• Выбор неэффективной технологической схемы;
• Отсутствие возможности утилизировать или захоронить мусор, загрязнения, побочные продукты;
• Нехватка денег на электроэнергию, обслуживание и ремонт оборудования, транспортные расходы.

Существующие проблемы можно решить только на законодательном уровне: увеличить штрафы за нарушения, финансировать городские очистные сооружения и контролировать расход денег, поощрять частников вводить новые технологии, предлагая им различные скидки и льготы.

Чаще должны устраиваться честные проверки, которые могут быть спонтанными – без предупреждения.

Принцип работы системы

Представление о технологии дает сам термин вакуумная канализация, принцип
работы которой основан на способе сбора и транспортирования сточных вод
под давлением ниже атмосферного. Основными элементами системы являются:

• Центральная вакуумная станция с основным резервуаром и насосной группой, к которой магистральными линиями подключены пользователи системы.
• Сборная камера с вакуумным клапаном поплавкового  типа. В нее поступают стоки от всех точек внутренней системы водопользования зданий или территорий  – кухни, ванной комнаты, санузла, стиральной или посудомоечной машины, дренажных приямков или колодцев.
• Установленные на сантехнических приборах энергонезависимые пневматические  клапаны для отвода стоков в сборную камеру.
• Система магистральных трубопроводов под давлением вакуума.
• Система автоматического управления, контроля и мониторинга работы канализации с возможностью вывода данных на дисплей.

Требуемый вакуум в канализации поддерживается насосами с высотой всасывания до 5 метров. Отвод стоков из сборных камер производится при достижении уровня срабатывания, при этом открывается вакуумный клапан, стоки по магистральным трубам поступают в основной резервуар. При опускании поплавка до нижнего уровня срабатывания вакуумный клапан закрывается. Из основного резервуара при его наполнении стоки перекачиваются в коллектор центральной канализации или на очистные сооружения.

В системе сбора и отвода воды с кровель зданий использование
вакуума реализовано изменением конструкции  
водоприемной воронки. В отличие от традиционной схемы, при которой
воздух в стояке создает сопротивление движению воды вниз, в новой конструкции
вакуум создается ниже входа воды в воронку и позволяет улучшить характеристики  напорного течения в отводных трубопроводах. Такая
система носит название гравитационно-вакуумная, сифонно-вакуумная,
гидродинамическая или просто вакуумная ливневая.

Виды

Основные типы станций, используемые для водоочистки:

1. Аварийные – начинают работать тогда, когда основные (централизованные) системы сбоят, вообще отключены.
2. Контейнерные – состоят из набора устройство для удаления разных бактерий.
3. Блочно-модульные – функционируют автономно, состоят из насоса водозабора, фильтров тонкой очистки, механического фильтрационного элемента.
4. Стандартные – убирают неорганические примеси, дезинфицируют, решают задачу обезжелезивания.

Другая классификация предусмотрена по принципу фильтрации:

1. Реагентная – устраняет коллоиды, мутные примеси, предполагает применение методов седиментации, флокуляции, коагуляции.
2. Механическая – убирает грубые загрязняющие вещества, представлена песчаными, дисковыми фильтрами, автоматическими сетчатыми приспособлениями.
3. Мембранная – осуществляет обратный осмос, нано- и ультрафильтрацию.
4. Ионный обмен – умягчение, удаление NO3.

Дополнительно можно применять оксидацию, дегазацию или адсорбцию. Для обеззараживания при необходимости выполняют химическую, ультрафиолетовую обработку либо озонирование.

Что представляют собой сточные воды

Для понимания, какую угрозу могут представлять для здоровья и экологии сточные воды, необходимо дать четкое определение понятию. Стоками именуются все виды воды, прошедшие полный или неполный цикл бытового, промышленного использования.

Сточные воды и их краткая характеристика

Виды загрязнений

Среди основных видов загрязнений выделяют следующие варианты:

• Фекалии людей и домашних животных.
• Прочие массы, имеющие биологическое происхождение.
• Различные химические вещества, в том числе и щелочные.

К категории сточной жидкости отнесены также отходы, попадающие в ливневую канализацию в результате выпадения осадков любого типа (дождь, растаявший снег). Поскольку они содержат в себе большое количество реактивов и прочих химических включений, используемых городскими коммунальными службами. А также примеси попадающие из осевших выхлопных газов, от машин и т. п.

Эффективность очистки сточных вод достигается за счет использования правильного метода, соответствующего типу конкретного загрязнения.

Исходя из видов загрязнений, выделяют 3 основных типа сточных вод.

Сточные воды, содержащие в себе большое количество примесей, имеющих неорганическое происхождение, именуют минеральными. Чаще всего такая вода вступала в контакт с частицами грунта, солями и другими вещества неорганических групп.

Если есть примеси органического происхождения, сточные воды попадают в одноименную категорию. В такой воде присутствует большое количество продуктов, результата жизнедеятельности растительного и животного мира в целом.

Существуют и биологические сточные воды. Примеси в такой воде связаны с другими элементами, они питаются и размножаются во влажной среде.

Описание видов

В современных условиях очистные сооружения делятся на много видов. Очень ответственны водопроводные системы, потому что они представляют собой комплекс устройств, аппаратов и технологических процессов, отвечающих за жизнеобеспечение городских и сельских поселений, их крупных частей.

Особенностью этого вида очистителей является обширная охранная зона, позволяющая избежать излишнего засорения притока. Приходится учитывать особенности различных источников воды, сезонные режимы их и многие другие нюансы.

Водоснабжение на промышленных предприятиях немногим проще, чем получение жидкости для водоканала. Да, там требуется, скорее, техническая вода, однако объем ее потребления довольно велик, и порой один завод или фабрика расходует воды столько же, сколько все остальные жители города.

И как раз там они должны быть гораздо совершеннее и изощреннее систем для очищения бытовых стоков, ведь сброс с индустриального объекта содержит куда больше разнообразных веществ, и многие из них могут стать причиной санитарной или экологической катастрофы.

Все упомянутые типы очистных сооружений могут быть блочно-модульными по исполнению. Такие комплексы отличаются гибкостью и монтируются быстро. Их легко оптимизировать под выполнение тех или иных задач. Или — убрать ставшие ненужными компоненты. Блочно-модульные комплексы могут быть рассчитаны на самую разную обслуживаемую мощность.

Отличия использования ЛОС от других видов канализационных систем

Перед установкой станции полной очистки, хозяину следует знать некоторые особенности функционирования данных канализационных систем.

Особенности аэрационных станций:

• ЛОС, в которых используются аэробные бактерии, плохо воспринимают большое количество сточных вод за минимальный промежуток вод. При больших показателях, более 100 л/ч, часть полезных микроорганизмов будет смыта. Для их восстановления потребуется время, за которое следует сократить потребление воды в доме.
• При длительных перебоях с электропитанием, часть анаэробных бактерий вымирает. Очищенная вода на выходе, по параметрам будет сильно отличаться от цифр, записанных в паспорте. Для восстановления бактерий их следует приобретать и размещать в резервуаре биологической очистки. Работать в прежнем режиме станция начнёт спустя несколько недель после загрузки микроорганизмов.
• Аэрационные станции очень чувствительны к крупному мусору, и различным отходам. Именно из-за них может произойти закупоривание насосов, что приведёт к прекращению функционирования системы.

Особенности комплексных станций:

• Комплексные станции полной очистки, в отличие от аэрационных, не реагируют как на большое количество сточных вод, так и на длительное отсутствие электроэнергии. За счёт постоянного наличия ила, в нём сохраняется определённая часть полезных бактерий. Такие станции могут проработать в режиме пассивной работы до трёх месяцев. Выход на номинальную очистку, после восстановления подачи электроэнергии, происходит до 10 дней.
• Данная разновидность станций более лояльно относится к посторонним предметам, даже крупных размеров. Весь мусор остаётся в камере, в которой происходит отстаивание сточных вод. Там он оседает на дно и не может повредить компрессоры.
• Комплексные станции полной очистки потребляют меньшее количество электроэнергии. Им, также как аэрационным, требуется непрерывная подача электропитания, но расход электроэнергии составляет меньшее количество кВт/ч.

Современные системы зарубежного производства создаются на базе программируемых контроллеров, которые выбирают подходящий режим работы, в зависимости от объема сточных вод. Подобные автоматические элементы создают дополнительную экономию, но их стоимость намного выше обыкновенных систем.