Статьи

Ниже приведена статья А. А. Ратникова, опубликованная в журнале МИР КЛИМАТА №79 (2013)

Под канализацией принято понимать комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих своевременный сбор сточных вод, образующихся на территории населенных пунктов, отведение (транспортирование) этих вод до сооружений очистки, а также их очистку, обеззараживание и сброс в природную среду или подачу на сооружения для повторного использования в системах технического водоснабжения или ирригации.

Весь этот сложный комплекс обычно разделяют на канализацию внутреннюю, ограниченную наружными поверхностями ограждающих конструкций зданий и выпусками до первого смотрового колодца, и канализацию наружную, сети и сооружения которой располагаются за пределами зданий, являющихся источником сточных вод.

Внутренняя канализация обеспечивает прием и транспортирование загрязненных стоков внутри и за пределы зданий в наружную сеть канализации. Система внутренней канализации состоит из приемников сточных вод и канализационных сетей. Приемники сточных вод — это санитарные приборы, предназначенные для санитарно-гигиенических процедур и хозяйственно-бытовых нужд. Все санитарные приборы жилых зданий (мойки, раковины, умывальники, ванны, душевые поддоны, унитазы, биде, трапы) оборудуют гидравлическими затворами (сифонами), препятствующими проникновению газов, образующихся в канализационной сети, в жилые помещения. Канализационные сети зданий состоят из горизонтальных и вертикальных трубопроводов (отводных и сборных линий, стояков, выпусков из здания) , и соединяющих их элементов (фасонных частей). Канализационные сети оборудуют устройствами для вентиляции и чистки в случае засоров.

Система водоотведения, расположенная в пределах объекта недвижимости, принадлежащего пользователю, и являющаяся его собственностью, называется индивидуальной системой водоотведения.

Системы канализации относятся к автономным, если они обеспечивают водоотведение от одноквартирного дома или усадьбы с надворными постройками и не связаны с системами водоотведения от других объектов, в отличие от местных систем, обслуживающих многоквартирный дом или группу близко расположенных домов, и централизованных систем канализации, охватывающих все или большую часть объектов населенного пункта. Широко распространен и еще один термин «локальные очистные сооружения (ЛОС)» (сооружения и устройства, предназначенные для предварительной очистки сточных вод абонента (субабонента) перед их сбросом (приемом) в систему коммунальной канализации).

Таким образом, существуют два основных вида систем канализации: автономные и централизованные.

Автономные системы, предназначенные для отдельно стоящих индивидуальных домов или усадьб, характеризуются относительно небольшим расходом (1–5 кубических метров в сутки) и заметной неравномерностью поступления сточных вод как по расходу, так и по концентрации загрязнений.

Централизованные (в той или иной мере) системы предназначены для группы домов или целого населенного пункта. В свою очередь, эти системы имеют большие расходы стоков и меньшие неравно­мерности в их поступлении.

Для каждой из этих систем существуют свои инженерные решения, обусловленные очевидными принципиальными различиями в объемах и характере образования, очистке и отведении сточных вод.

Реалии современного строительного рынка России, в силу ряда объективных и субъективных факторов, имеют значительный перекос в сторону использования автономных систем там, где с точки зрения инженерии, экологии и здравого смысла необходимо использовать системы централизованные.

Примерно треть застройщиков при решении вопроса об инженерном обеспечении участков, предназначенных под малоэтажное коттеджное строительство, затрудняется с выбором между местными и централизованными системами. Другая треть склоняется к автономным системам, и только оставшаяся треть уверенно реализует строительство централизованных систем.

Таково положение дел в новом строительстве, где есть все технические возможности изначально заложить централизованную систему для всего населенного пункта.

При решении же вопроса об оборудовании нового дома в уже сложившихся сельских населенных пунктах, не имеющих централизованной канализации, отдельно взятый домовладелец вынужден строить автономную систему.

Автономная канализация загородного дома, как правило, состоит из внутренних санитарно-технических устройств — приемников сточных вод, трубопроводов, транспортирующих сточные воды за пределы здания, и некоего сооружения, предназначенного для приема этих стоков. Это сооружение может быть накопителем сточных вод или очистным сооружением.

Накопитель сточных вод — герметичная емкость, стоки из которой по мере накопления вывозятся на сливные станции посредством ассенизационных машин (илососов). Стоки при этом именуются жидкими бытовыми отходами. Строится герметичный накопительный резервуар, заключается договор на вывоз, и остается только заплатить деньги. Решение дорогое и не совсем автономное, поскольку домовладелец полностью зависит от внешнего фактора — в данном случае от добросовестности владельцев илососа. Для загородного дома со всеми удобствами на 3–5 постоянных жителей вывозить придется примерно от 15 до 30 кубических метров стоков в месяц. При средней вместимости цистерны ассенизационной машины в 7 кубических метров это один рейс в одну-две недели. Ассенизационные машины бывают как с меньшим, так и с большим объемом цистерны (от 3,25 кубических метра на базе «ЗИЛ», до 18 кубических метров на базе «МАН»).

Очистные сооружения, использующиеся для нужд автономной канализации, условно делятся на сооружения с очисткой в естественных условиях и сооружения аппаратной очистки в искусственно созданных условиях внутри установки.

Сооружения с очисткой в естественных условиях — это проверенные веками сооружения почвенной очистки стоков, состоящие из септика и подземного фильтрующего сооружения той или иной конструкции, предназначенного для передачи механически отстоянного в септике стока на внутрипочвенную очистку. Об эффективности работы септика свидетельствуют результаты исследований, проведенных выдающимся гигиенистом академиком АМН СССР (РАМН), академиком АМН Украины, профессором Е. И. Гончаруком. Так, в септиках, оборудованных с соблюдением строительно-монтажных требований, при условии правильной эксплуатации задерживается 80–95 % взвешенных веществ, 100 % жизнеспособных яиц гельминтов; перманганатная окисляемость снижается на 30–40 %; на 20–40 % повышается содержание NH₃; на 60–80 % уменьшается количество сапрофитных микроорганизмов (микробное число и коли-индекс). Сточная вода, выходящая из септика, имеет легкую опалесценцию, прозрачность 5 см, содержит не более 10–15 мг/дм³ взвешенных веществ. В ней нет плавающих примесей, заметных невооруженным глазом.

Инженеры по очистке сточных вод, врачи-профилактики и гигиенисты в понятие «сооружения подземной фильтрации» включают весь комплекс сооружений, которые входят в ту или иную систему и предназначены для предварительной механической и завершающей биологической очистки сточных вод.

Чаще всего для биологической очистки сточных вод применяют поля подземной фильтрации, фильтрующие траншеи, кассеты и колодцы, песчано-гравийные фильтры, где происходит завершающий этап биологической очистки. Поэтому всю систему называют по названию главного ее компонента (например, система с подземным полем фильтрации).

Обязательными составными частями любой системы очистных сооружений с подземной фильтрацией должен быть отстойник типа септика, предназначенный для первичной очистки сточных вод, и земельный участок, на котором заложены устройства, обеспечивающие подземную фильтрацию сточных вод и их биологическую (вторичную) очистку, то есть подземная оросительная сеть, фильтрующий колодец, подземный фильтр, подземная траншея и прочее.

Исследования показывают, что в почвах, где устройство полей подземной фильтрации (орошения) возможно, постоянное увлажнение корневой зоны большинства сельскохозяйственных растений происходит лишь в том случае, когда подземная оросительная сеть заглублена не более чем на 0,65–1,0 м от поверхности земли. Следовательно, если оросительная сеть заглублена до 1,0 м от поверхности земли, такой вид сооружений правильнее называть полями подземного орошения (ППО), а при заглублении свыше 1,0 м — полями подземной фильтрации (ППФ).

Ко всем малым сооружениям (установкам) аппаратной очистки в искусственных условиях, на российском рынке ошибочно принято применять название ЛОС (локальные очистные сооружения). Название совершенно некорректное, поскольку, исходя из действующей нормативно-технической документации, ЛОС — это сооружения предочистки перед сбросом в коммунальные системы водоотведения. То есть термин описывает не тип сооружения, а его место в системе канализации. Одна и та же установка может использоваться и как ЛОС, и как автономная. Под аббревиатурой «ЛОС» чаще всего скрываются SBR-реакторы периодического действия (sequencing batch reactor). Часто ЛОСами или биосептиками называют вообще любое искусственно аэрируемое сооружение, в отличие от очистных сооружений, основанных на использовании септиков с последующей почвенной доочисткой и поглощением стоков грунтом.

Теоретически процесс очистки стоков в SBR-реакторе отличается от традиционных аэрационных сооружений, используемых в централизованных системах канализации, только тем, что различные процессы биологической очистки происходят циклично в одной-единственной емкости. В традиционных установках очистка происходит в нескольких последовательно установленных емкостях с различными условиями пребывания в них стоков.

Совмещение различных процессов в одном объеме создает известные сложности, ибо и аэробные и анаэробные микроорганизмы вынуждены сосуществовать в одном и том же объеме реактора. Наличие кислорода подавляет жизнедеятельность анаэробов, его отсутствие — аэробов.

Периодическая циклическая аэрация приводит к тому, что в реакторе начинают развиваться гетеротрофные аэробные микроорганизмы, способные потреблять органические загрязнения как в присутствие кислорода, так и в его отсутствии. При поступлении на установку стока с низким содержанием органических загрязнений (только бытовые воды) органики не хватает на полное удаление азота нитратной группы, происходит накопление нитратов в реакторе и их вынос с потоком очищенных вод, норматив на сброс по нитратам не выполняется.

Устойчивость биоценоза реактора сверхмалых установок к внешним воздействиям гораздо более слабая, нежели устойчивость аэротенков централизованных систем. Его объем в разы меньше даже объема септика равной с ним производительности, не говоря уже об объемах сооружений централизованных. Такие установки в условиях автономной канализации одного дома работают крайне неустойчиво, а для проживания сезонного или периодического вообще не могут быть рекомендованы.

Профессор Е. И. Гончарук, на основании многолетних исследований работы различных малых установок для очистки бытовых стоков (в том числе аэрационных), рекомендует при проектировании автономной канализации прежде всего изучить вопрос о возможности применения почвенных методов очистки. При наличии достаточных земельных участков и благоприятных грунтовых условий этому методу следует отдать предпочтение.

Лизиметр — это инженерно-техническое сооружение, используемое для слежения за динамикой и характером поступления влаги в почву, изменением химического состава почвенных растворов, в том числе под воздействием различных факторов (минеральных и органических удобрений, методов и способов орошения, характера поступления атмосферных осадков, а также в зависимости от особенностей фитоценоза).

Впервые опыты с использованием лизиметров были проведены в 1688 г. французским метеорологом Де ля Гиром для выяснения происхождения ключевых и родниковых вод. Агрохимические эксперименты с применением лизиметрических установок получили широкое распространение в ХХ веке, было проведено множество исследований и накоплено значительное количество данных по миграции соединений азота, фосфора и других элементов в почве. В последнее время лизиметры широко используются для изучения возможности выноса тяжелых металлов и пестицидов с инфильтрационными водами.

Тем не менее малые аэрационные установки позиционируются на рынке как дающие возможность получить более качественную очистку по сравнению с септиком. Однако септик не является самостоятельным очистным сооружением, а только частью, элементом сооружений естественной очистки. После септика стоки поступают не на рельеф, не в почву, а в сооружение почвенной биологической очистки. То, что в инженерной практике называется сооружениями почвенной очистки (фильтрации), — это не только сами фильтрующие колодцы или трубы подземных полей фильтрации, но и грунт, почва вокруг них, в которой, собственно, и происходят процессы биологической очистки, или (что правильнее) процессы биохимического распада органических загрязнителей стока с их трансформацией в другие вещества. Сами же колодцы или трубы — это в основном интерфейс, устройство для передачи стока в грунт сооружения почвенной очистки.

Если же сравнивать аппаратные установки не с отдельными элементами сооружений естественной очистки, а с эффектом работы всего сооружения, то сравнение будет отнюдь не в пользу первых.

Механическая очистка в септиках с последующей внутрипочвенной биологической очисткой и поглощением стоков, в отличие от очистки на малых аэрационных установках с поверхностным сбросом очищенных вод, исключает загрязнение поверхности почвы и растений яйцами гельминтов, патогенными микроорганизмами, полностью устраняет распространение неприятных запахов, поскольку почва является хорошей средой для их поглощения. То есть эти сооружения реализуют полный цикл очистки, обеззараживания и безопасного сброса сточных вод.

Еще один распространенный миф состоит в утверждении, что очищенные на аэрационных установках стоки более пригодны для полива зеленых насаждений на участке, чем прошедшие обработку септиком. Но для использования бытовых сточных вод в целях полива растений и улучшения плодородия почв нет необходимости в их очистке на аэрационных установках полной биологической очистки. Такая очистка приводит к снижению удобрительной ценности стоков по азоту на 26, калию — на 18, кальцию и фосфору — на 10 %. Кроме того, частично теряются бор, марганец, медь, цинк, молибден и другие микроэлементы, необходимые растениям. Почти полностью теряется биологическая часть стоков (органическое вещество — на 72,5 %, полезные микроорганизмы — на 94,0 %), которая участвует в восстановлении почвенного плодородия.

Следует заметить, что метод внутрипочвенной очистки стоков энергонезависим и более экономичен по сравнению с искусственной биологической очисткой в аппаратных очистных сооружениях.

Хозяйственно-бытовые сточные воды, проходя через толщу слоя почвы, очищаются. Они полностью теряют окраску и запах, концентрация растворенных в них веществ снижается на 30–70 %, общий азот и соли аммония поглощаются почвой на 94–99, соли калия — на 85–99 соли фосфора — на 98–100 %, органические соединения также поглощаются почвой и разрушаются почвенными микроорганизмами на 98–99,5 %.

Лизиметрические воды, полученные при поливе стоками, по составу приближаются к лизиметрическим водам, полученным при поливе чистой водой. Это свидетельствует о высокой степени почвенной очистки стоков. Почва полностью поглощает фосфор, содержащийся в стоках, в значительных размерах сорбирует азот. Количество общего и аммиачного азота в лизиметрических водах, прошедших через 100-сантиметровый слой почвы, не превышает 1,5 % от его содержания в исходных стоках.

Возможность загрязнения грунтовых вод, если они находятся на большой глубине, исключена. При правильном режиме орошения глубина промачивания стоками не превышает 1,5 м. Бихроматная окисляемость лизиметрических вод составляет около 2 % по сравнению с исходным стоком. Почва благодаря своим сорбционным свойствам обеспечивает полную очистку стоков. Она поглощает газообразные, взвешенные, коллоидные и растворенные вещества, содержащиеся в стоках. Поглощенные почвой вещества подвергаются минерализации почвенными микроорганизмами до простых соединений — углекислоты, воды и окислов. Эти соединения обогащают поглощающий комплекс почвы и усваиваются растениями (значительно лучше, чем из минеральных удобрений).

Кроме аэробных реакторов и септиков на рынке представлены и комбинированные сооружения, включающие в себя и септическую камеру, и аэрационный реактор (аэротенк) и биофильтр в аппаратном исполнении. Таких систем достаточно много, но все их объединяет одно: они сложны в эксплуатации и требуют наличия электроэнергии. Для нужд автономной канализации такие установки избыточны.

Области применения различных типов установок примерно следующие:

• При расходах до 3–5 кубометров в сутки — септики и внутри­почвенная очистка.
• При расходах от 3–5 до 20–30 кубометров в сутки — реакторы и гибридные сооружения.
• При расходах свыше 30 кубометров в сутки — централизованные системы с классическими сооружениями.

По совокупности достигаемого эффекта почвенная очистка (поглощение) предварительно осветленных в септике бытовых сточных вод загородного дома является наиболее экологически приемлемым, экономичным, надежным и разумным способом утилизации. Простейшие анаэробные сооружения — септики, являющиеся механическим отстойником для задержания и сбраживания органических взвешенных частиц стока с последующей биологической очисткой стоков в почве, отлично работают на протяжении веков. Степени очистки в септике достаточно для последующего отвода стоков в грунт, где органика стока тут же включается в природный цикл. Неслучайно септики и подземные поля фильтрации значительно распространены в Европе и Америке. Во всем мире почву широко используют для очистки и обезвреживания небольших количеств хозяйственно-бытовых сточных вод, образующихся от одного или нескольких загородных жилых домов или коттеджей. Нормативная документация, действующая в настоящее время в России, никаких запретов на использование септиков и почвенной фильтрации не содержит.

Естественно, данный способ утилизации стоков не лишен недостатков и имеет свою область применения.

Основными факторами, ограничивающими использование естественных (почвенных) методов очистки, являются высокий уровень грунтовых вод, слабофильтрующие грунты и связанные с этим относительно большие (в сравнении с аппаратными установками) площади, требующиеся для размещения сооружений. Однако следует понимать, что во многих рекламных публикациях эти факторы сознательно преувеличиваются или искажаются, что бы создать видимость конкурентного преимущества более дорогих аэрационных установок.

Впрочем, попытки использовать септик на больших объемах стока (за границами его разумного применения) действительно жестко ограничиваются потребными площадями для сооружений почвенной фильтрации, а вот желание использовать аэрационные сооружения на малых расходах стоков велико. В случае удачи можно как раз получить выигрыш в занимаемых площадях за счет отсутствия сооружений почвенной фильтрации. При этом выигрыш в площади заметен и очевиден, а вот сопутствующие ему обязательные проигрыши, связанные с неполным циклом утилизации стока (сброс на рельеф), нестабильностью в работе и качестве очистки, очевидны не настолько. Внешне, на глаз, недостаточно очищенный (по сравнению с нормативными требованиями) и необеззараженный сток, сбрасываемый после аэрационных установок на рельеф, практически неотличим от стока кондиционного. При этом содержание санитарно-показательных микроорганизмов в биологически очищенных на аэрационных установках сточных водах составляет несколько тысяч в 1 литре. Такие сточные воды остаются потенциально опасными в эпидемическом отношении и должны быть обязательно обеззаражены перед сбросом на рельеф или в водоем, однако подавляющее большинство малых аэрационных установок не имеют в своем составе никаких устройств для обеззараживания.

Следует заметить, что Федеральный закон «О техническом регулировании» (№ 184-ФЗ) не регулирует отношения, связанные с разработкой, принятием, применением и исполнением санитарно-эпидемиологических требований, а также требований в области охраны окружающей среды. Особенности технического регулирования в области обеспечения безопасности зданий и сооружений устанавливаются Федеральным законом «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (№ 384-ФЗ). Объектом технического регулирования в этом законе являются здания и сооружения любого назначения (в том числе входящие в их состав сети инженерно-технического обеспечения и системы инженерно-технического обеспечения), а также связанные со зданиями и с сооружениями процессы проектирования (включая изыскания), строительства, монтажа, наладки, эксплуатации и утилизации (сноса). Закон устанавливает минимально необходимые требования, в том числе и требования безопасного уровня воздействия зданий и сооружений на окружающую среду. Здания и сооружения должны быть спроектированы таким образом, чтобы в процессе их строительства и эксплуатации не возникало угрозы оказания негативного воздействия на окружающую среду. Мероприятия по охране окружающей среды, предусмотренные в проектной документации здания или сооружения в соответствии с федеральными законами и другими нормативными правовыми актами Российской Федерации, должны обеспечивать предотвращение или минимизацию оказания негативного воздействия на окружающую среду. Соблюдению санитарно-эпидемиологических правил посвящена предельно лаконичная статья 19.

Статья 19. Требования к обеспечению выполнения санитарно-эпидемиологических требований
Для обеспечения выполнения санитарно-эпидемиологических требований в проектной документации зданий и сооружений с помещениями с постоянным пребыванием людей, за исключением объектов индивидуального жилищного строительства, должно быть предусмотрено устройство систем водоснабжения, канализации, отопления, вентиляции, энергоснабжения.

Правительство Российской Федерации утверждает перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований настоящего федерального закона. Все остальные нормативные документы (их части), не вошедшие в указанный перечень, являются рекомендательными.

Стоит ли удивляться тому, что правила и нормы проектирования, строительства и эксплуатации автономных систем канализации, использующихся в индивидуальном жилищном строительстве, при таких требованиях федерального закона просто исчезают из вновь разрабатываемых сводов правил, или актуализированных версий СНиП? Вопрос риторический…

Тем не менее существует ряд как действующих, так и отмененных нормативных документов, в той или иной мере освещающих указанные вопросы. Прежде всего это СНиП 2.04.03-85. «Канализация. Наружные сети и сооружения», раздел которых про септики и сооружения почвенной фильтрации входит в упоминаемый выше перечень обязательных к применению норм. Это территориальные нормы Московской области — ТСН ЭК-97 МО (признаны утратившими силу на основании постановления правительства Московской области от 04.08.2008 № 621/29) и ТСН ВиВ-97 МО (действующие, рекомендательные), а также пособие по проектированию автономных инженерных систем одноквартирных и блокированных жилых домов МДС 40–2.2000 (действующее, рекомендательное) и типовой альбом к нему.

Чтобы грамотно использовать перечисленные выше документы при выборе сооружений для автономной канализации загородного дома, ее строительстве и эксплуатации, необходимо хотя бы в общих чертах понимать, что такое биологическая очистка стока, как протекают процессы очистки в естественных и искусственно созданных условиях, и каковы основные критерии выбора между сооружениями с естественными и искусственными условиями очистки. Об этом, и о многом другом — в следующих статьях.

Андрей Анатольевич Ратников, руководитель контрольной комиссии,
член правления
НП «ИСЗС-Проект»