ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГОРОДОВ И ПОСЕЛКОВ ЦЭЗ ОЗ. БАЙКАЛ: НОВЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ГОРОДОВ И ПОСЕЛКОВ ЦЭЗ ОЗ. БАЙКАЛ: НОВЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД

Научная статья

Сутурин А.Н.^1, * Гончаров А.И.²

¹ ORCID:0000-0002-6805-5986,

¹ Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия;

² ОАО « Сибгипробум», генеральный директор, Иркутск, Россия

* Корреспондирующий автор (san[at]lin.irk.ru)

Аннотация

Особые требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в оз. Байкал и его притоки, предполагают новые инновационные подходы к работе очистных сооружений. Изучение лучших систем охраны озёр от стоков показало, что те параметры, которых они достигают не подходят для байкальских стандартов. Новые очистные сооружения на Байкале должны проектироваться с максимальным увеличением роли физико-химических методов очистки и микробиологических способов доочистки, дезинфекции и дезодорации стоков.

Ключевые слова: Охрана Байкала, сточные воды, физико-химические, и микробиологические методы доочистки и дезодорации.

SEWAGE PURIFICATION OF CITIES AND VILLAGES OF PULP AND PAPER PLANT ON BAIKAL: NEW INNOVATIVE COMPLEX APPROACH

Research article

Suturin A.N.^1, * Goncharov A.I.²

¹ ORCID: 0000-0002-6805-5986,

¹ Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Irkutsk, Russia;

² SJSC “Sibgiprobum,” General Director, Irkutsk, Russia

* Corresponding author (san[at]lin.irk.ru)

Abstract

Special requirements for the quality of treated wastewater discharged into Baikal, and its tributaries include new innovative approaches to the work of sewage treatment plants. The study of the best systems for protecting lakes from runoff showed that the parameters they achieve are not suitable for the Baikal standards. New wastewater treatment plants at Baikal should be designed with the maximum increase in the role of physical and chemical cleaning methods and microbiological methods for the purification, disinfection, and deodorization of wastewater.

Keywords: Baikal protection, wastewater, physical and chemical, microbiological methods of purification and deodorization.

Стандартные методы очистки бытовых сточных вод главный составляющей предполагают биологическую очистку сточных вод. Конфигурация очистных сооружений включает в различной степени модернизированные компоненты: механическая очистка (решетка, песколовка); отстойники и аэротенки, метантенки, вакуум-фильтры, хлораторная и т.д. Физико-химические и электрохимические методы используются чаще на производственных объектах. [1, С. 751]

Авторы статьи проектировали или участвовали в экспертизе всех проектов очистных сооружений на побережьи оз. Байкал, как промышленных (БЦБК, СЦКК), так и поселковых (Байкальск, Листвянка, Слюдянка). Экспертные замечания по очистным г. Слюдянка, Листвянка и финишных ступеней очистки стоков г. Байкальска не были приняты во внимание. В настоящее время эти сооружения либо не работают, либо показатели очищенной воды не соответствуют требованиям природоохранного законодательства на Байкале. Экологический кризис в районе акватории байкальских городов и поселков связан с отсутствием природоохранной инфраструктуры и в первую очередь эффективных очистных сооружений [2, С. 34 ], [3, С. 227],[4, С. 6 ], [5, С. 613 ], [6], [7, С. 492], [9, С.528 ], [10, С. 191 ].

Ужесточение показателей состава очищенной воды, неравномерный приток сточных вод, сложность поддержания необходимой температуры для биологической очистки в зимнее время предполагают для байкальского региона поиск новых физико-химических методов очистки и дезодорации сточных вод и их эффективной комплектации

Существующие физико-химические методы очистки воды:

- механическое безреагентное разделение;

- микро- и ультрафильтрация;

- обратный осмос;

- окисление озоном;

- адгезия на гидрооксидах алюминия и железа;

- адсорбция на гидрооксидах алюминия и железа, на активированном угле и других сорбентах;

- фиксация ионов на ионитах;

- напорная флотация;

- коагуляция коллоидных систем;

- агрегация флокулянтами [8, С.74 ].

Только комбинация традиционных способов обработки воды с процессами адсорбции, окисления и мембранной ультрафильтрации обеспечивает высокое качество очистки воды, соответствующее требованием байкальского природоохранного законодательства. Важное значение имеет обеззараживание сточных вод, которые являются основным источником микробиологического загрязнения озера Байкал. Наиболее широко используется хлорирование, недостатком которого является образование токсичных галогенсодержащих соединений. Оно приводит также к образованию побочных токсичных продуктов: броматов, альдегидов, кетонов и т.д.

В практике обеззараживания сточных вод широко применяют ультрафиолетовое излучение, оказывающее бактерицидное, вирулицидное и спороцидное действие. Отрицательными сторонами УФ является зависимость от мутности воды, количественных характеристик осеменения микроорганизмами и отсутствие последействия. Применения для этих целей ионизирующих  излучений ограничено из-за техники безопасности и высокой стоимости. Ультразвук и термическое обеззараживание слишком дороги. Применение для обеззараживания  воды импульсного электроразряда имеет большие перспективы, т.к. гибель микроорганизмов происходит вследствие комплекса физико-химических факторов: ударной волны, УФ -излучения, активных радикалов, теплового воздействия. Первый вариант очистных сооружений с преобладанием физико-химических методов был подготовлен для Северобайкальска (рис.1).

Рис.1 - Проект очистных сооружений в г. Северобайкальске

 

По данным проектировщиков в этом комплексе достигаются параметры, приемлемые для Байкала, в том числе  по фосфору, хлоридам. Доработка проекта введением импульсных систем позволит создать базовые очистные для оз. Байкал.

Существует несколько подходов к защите озёр от загрязнения бытовыми стоками:

1. Отвод стоков за пределы озера и сброс стоков в океан (оз. Тахо, США). Для байкальских городов и поселков такой возможности нет.
2. Создание системы сбора сточных вод со всех объектов водосборного бассейна озера, эффективная очистка и сброс в реку вытекающую из озера. Примером может служить город с одноимённым озером Анси (рис. 2 ).

 

Рис. 2 - Охрана оз. Анси (Франция)

 

Воспрепятствовать деградации озера можно было лишь отведя использованные воды от их обычного направления: озера.

С 1961 года началось сооружение сети коллекторов, опоясывающих озеро, настоящий заслон от проникновения загрязняющих вод. Постепенно к ним добавили вторичные коллекторы… вплоть до достижения систематической подгонки всех бытовых стоков.

Понадобилось примерно 10 лет, чтобы установить большие коллекторы на правом и левом берегах озера, 19 и 28 км соответственно с выводящими секциями, которые могли достигать 0,80 м. Отметим, что для ассенизации одной лишь коммуны Тальбир, чтобы очистить русло Торана, понадобилось три насосных станции, которые собирают сточную воду на высоте 110 м. Всего в сети работают 43 насосных станции, в первую очередь по топографическим причинам, часто из-за отсутствия наклона, что затрудняет хороший сток вод. В наши дни проложено более 530 км канализации, включая сеть города Анси (102 км). Расширение постоянно продолжается.

Вся эта подземная сеть проводит сточные воды в SILOÉ, которое после обработки сбрасывает в реку Фье воды с физико-химическими свойствами, совместимыми с жизнью в естественной среде.

Монтаж ответвлений, содержание и ремонт внутрикоммунальных и межкоммунальных коллекторов обходится в 3,8 миллионов евро (25 миллионов франков, включая НДС).

На Байкале этот способ применим только к п. Листвянка и порту Байкал. Очистные сооружения г. Анси с много ступенчатой очисткой  (рис. 3) очень дорогие, не смогут работать в условиях зимних температур и не дают параметров очистки, требуемых при сбросе в оз. Байкал.

 

Рис. 3 - Очистные сооружения г. Анси

 

1. Создание компактных очистных сооружений с преобладанием физико-химических методов очистки сточных вод. Преимущество таких станций в отсутствии зависимости от зимних температур, легкой адаптации к неравномерности потока и возможность достижения любых параметров стока (ограничения лишь в цене сооружений). В данном случае применяется безреагентное механическое разделение, напорная флотация с сорбентным сопровождением, микро и ультрафильтрация, коагуляция, фиксация ионов на ионитах, обратный осмос с финальным озонированием или УФ – обработкой воды. Такие системы перспективны для большинства городов и поселков Прибайкалья. Если сброс проводится в оз. Байкал или его притоки, то могут быть осложнения с рыбоохранными нормами.
2. Для условий о. Ольхон и всего Ольхонского района нужно компоновать новые системы очистки сточных вод, вводящие импульсные агрегаты дезинфекции воды, широкое использование биопрепаратов для переработки осадков и деодорации сточных вод и создание финальных биопрудов с бормашами для доочистки стоков и последующего их использования для гидропоники и капельного полива.

Для сохранения экосистемы оз. Байкал нужны новые природоохранные технологии. Их компоновка не может быть копией зарубежных систем, т.к. на Байкале требования более жесткие и загрязнение микробиологическое, хлоридами, натрием и другими компонентами губительно для байкальской эндемичной экосистемы. [9, С 528], [10]

Заключение

Особые требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в оз. Байкал и его притоки, предполагают новые инновационные подходы к работе очистных сооружений. Изучение лучших систем охраны озёр от стоков показало, что те параметры, которых они достигают не подходят для байкальских стандартов. Новые очистные сооружения на Байкале должны проектироваться с максимальным увеличением роли физико-химических методов очистки, микробиологических способов доочистки, дезинфекции и дезодорации стоков.

Финансирование Работа выполнена в рамках госбюджетного проекта «Влияние изменяющихся природных и антропогенных факторов на биогеохимические процессы на каменистой литорали оз. Байкала» (90345-2016-0010)	Funding The work was carried out within the framework of the state budget project "Influence of changing natural and anthropogenic factors on biogeochemical processes on the rocky littoral of the lake. Baikal" (90345-2016-0010)
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды / А.С. Степановских // М.: ЮНИТИ-ДАНА -  - 751 с
2. Сутурин А.Н., Роль антропогенных факторов в развитии экологического стресса в литорали оз. Байкал (акватория пос. Листвянка) А.Н. Сутурин, Е.П. Чебыкин, В.В. Мальник, И.В. Ханаев., и др. // География и природные ресурсы. – 2016. – № 6. – С. 34-53
3. Кравцова Л.С. Нарушение вертикальной зональности зеленых водорослей в открытом Лиственничном заливе озера Байкал, как следствие локального антропогенного воздействия / Л.С Кравцова, Л. А. Ижболдина, И. В. Ханаев, Г. В. Помазкина., В.М. Домышева и др. // ДАН. - 2012. - Т. 447, № 2. - С. 227-229.
4. Грачев М. А. «Авоська и авось» Экологический кризис на Байкале: загадка века / М. А.Грачев // Наука из первых рук. - - Т. 68, № 2. - С. 6 -19.
5. Чебыкин Е. П. Современное состояние вод р. Селенги на территории России по главным компонентам и следовым элементам / Е. ПЧебыкин, Л. М. Сороковикова, И. В. Томберг, Е. Н. Воднева., и др.// Химия в интересах устойчивого развития. -  - Т. 20 - № 5- С.- 613 - 631.
6. Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологический анализ воды поверхностных водных объектов. Методические указания. МУК 4.2.1884-04,
7. Определитель бактерий «Берджи» / Под ред. Дж. Хоулт. - М.: мир - -Т 1- 492 с.
8. Чебыкин Е.П., Дамбинов Ю.А., Хахураев О.А, Сутурин А.Н. Источники поступления химических элементов в снежный покров береговой зоны п. Листвянка (оз. Байкал) // География и природные ресурсы. – 2018. – № 3. – С. 74-85.
9. Онищенко Г.Г. Системный бенчмаркинг канализования , комплексная оценка и обеспечение безопасности водных источников в 2 т. / Г.Г. Онищенко, Ф.В. Кармазынов, В.В. Кириллов, В.А. Грачев и др.//  Т.1 - СПб: Новый журнал, 2011- 528 с.
10. Чебыкин Е.П., Изучение аденозинтрифосфата в акватории поселка Листвянка (Южный Байкал) как экспрессного информационного признака развития эвтрофикации /Е.П Чебыкин., В.В. Мальник, Л.И. Фёдорова, и др. // Международный научно-исследовательский журнал. – 2017. – Т. 66. Часть 2. – № 12. – С. 191-196.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Stepanovskikh A.S. Prikladnaya ekologiya: okhrana okruzhayushchey sredy [Applied ecology: environmental protection] / A.S. Stepanovskikh // M.: YUNITI-DANA – 2003. – 751 p. [In Russian]
2. Suturin A.N. Rol' antropogennykh faktorov v razvitii ekologicheskogo stressa v litorali Baykal (akvatoriya pos. Listvyanka) [Role of anthropogenic factors in the development of environmental stress in the littoral zone of Lake. Baikal (water area of Listvyanka) A.N. Suturin, E.P. Chebykin, V.V. Malnik, I.V. Khanaev., Etc.] // Geografiya i prirodnyye resursy [Geography and natural resources] – 2016. – No. 6. – P. 34–53. [In Russian]
3. Kravtsova L.S. Narusheniye vertikal'noy zonal'nosti zelenykh vodorosley v otkrytom Listvennichnom zalive ozera Baykal, kak sledstviye lokal'nogo antropogennogo vozdeystviya [Violation of Vertical Zonality of Green Algae in the open Larch Bay of Lake Baikal, as a Consequence of Local Anthropogenic Impact] / L.S. Kravtsova, L. A. Izhboldina, I. V. Khanaev, G. V. Pomazkina., V.М. Domysheva et al. // DAN. – 2012. – V. 447, No. 2. – P. 227-229. [In Russian]
4. Grachev M. А. «Avos'ka i avos'» Ekologicheskiy krizis na Baykale: zagadka veka [“Avoska and Avos” Ecological Crisis on Baikal: Mystery of Century] / M. A. Grachev // Nauka iz pervykh ruk [Science first-hand] – 2016. – Vol. 68, No. 2. – P. 6 –19. [In Russian]
5. Chebykin E.P. Sovremennoye sostoyaniye vod r. Selengi na territorii Rossii po glavnym komponentam i sledovym elementam [Present State of Waters of r. Selenga in Russia on Main Components and Trace Elements] / E. P Chebykin, L. M. Sorokovikova, I. V. Tomberg, E. N. Vodneva., et al. // Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya [Chemistry in the interests of sustainable development] – 2012. – V. 20 – No. 5 – P. 613–631. [In Russian]
6. Sanitarno-mikrobiologicheskiy i sanitarno-parazitologicheskiy analiz vody poverkhnostnykh vodnykh ob"yektov. Metodicheskiye ukazaniya [Sanitary-microbiological and Sanitary-parasitological Analysis of Surface Water Bodies. Methodical Instructions]. MUK 4.2.1884-04, 2004. [In Russian]
7. The determinant of bacteria "Burgey" / Ed. J. Holt. – M.: Mir – 1997. – V 1 – 492 p. [In Russian]
8. Chebykin, E.P., Dambinov, Yu.A., Khakhuraev, O.A., Suturin, A.N. Istochniki postupleniya khimicheskikh elementov v snezhnyy pokrov beregovoy zony p. Listvyanka (oz. Baykal) [Sources of Entry of Chemical Elements into Snow Cover of Coastal Zone of Listvyanka (Lake Baikal)] // Geografiya i prirodnyye resursy [Geography and Natural Resources]. – 2018. – No. 3. – P. 74-85. [In Russian]
9. Onishchenko G.G. Sistemnyy benchmarking kanalizovaniya, kompleksnaya otsenka i obespecheniye bezopasnosti vodnykh istochnikov v 2 t. [System benchmarking of sewage, integrated assessment and security of water sources in 2 tons] / G.G. Onishchenko, F.V. Karmazynov, V.V. Kirillov, V.A. Grachev et al. / Vol.1 – SPb: Novyy zhurnal [St. Petersburg: New Journal], 2011 – 528 p. [In Russian]
10. Chebykin E.P. Izucheniye adenozintrifosfata v akvatorii poselka Listvyanka (Yuzhnyy Baykal) kak ekspressnogo informatsionnogo priznaka razvitiya evtrofikatsii [Study of Adenosine Triphosphate in Waters of Listvyanka Village (South Baikal) as Express Information Sign of Eutrophication Development] / E.P. Chebykin., V.V. Minnik, L.I. Fedorov, et al. // Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal [International Research Journal]. – 2017. – V. 66. Part 2. – No. 12. – P. 191-196. [In Russian]