ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Безопасность строительства и городского хозяйства

Сбор и очистка хозяйственно-бытовых сточных вод: критический обзор достигнутых результатов

  • Пупырев Евгений Иванович - Экспертно-технологический совет Российской ассоциации водоснабжения и водоотведения (Экспертно-технологический совет РАВВ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.11.1365-1407
Страницы: 1365-1407
Введение. Предмет обзора — системы сбора и очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в городах и поселениях (системы водоотведения селитебных территорий). Рассмотрены как системы в целом, так и их составляющие, такие как средства сбора и транспортировки сточных вод, канализационные очистные сооружения, водовыпуски и т.д. Исследование и проектирование эффективных систем водоотведения — важный фактор в обеспечении экологического благополучия селитебных территорий. Ужесточение нормативов на сбросы очищенных сточных вод в водные объекты стимулирует развитие технологий очистки и транспортировки сточных вод не только для больших городов, но и для малых поселений. Цель работы — оценить эффективность используемых на практике технологий сбора и очистки сточных вод, проанализировать научно-исследовательские разработки, сформулировать перспективные направления работ. Материалы и методы. Использованы публикации, технические отчеты, программные продукты. Применены методы системного анализа, предложены сравнительные критерии технологий и конструкций. Результаты. Проведено сравнение отечественного и зарубежного опыта в решении основных проблем системы сбора и очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Особое внимание уделено выявлению причинно-следственных связей модернизации законодательных актов на государственном и региональном уровнях и развития систем водоотведения. Дана оценка экологического воздействия систем водоотведения на окружающую среду. Выводы. Проанализированы исследования отечественных и зарубежных специалистов по данной теме. Выявлено, что практически нет исследований, посвященных моделированию и оценке эффективности работы системы водоотведения в целом. Очевидно, это вызвано недостаточным сотрудничеством исследовательских коллективов с проектными и эксплуатационными организациями. Именно это направление следует считать наиболее перспективным в ближайшем будущем.
  • хозяйственно-бытовые сточные воды;
  • очистка сточных вод;
  • системы водоотведения;
  • нормативы качества сточных вод;
  • технологии очистки сточных вод;
  • водовыпуски;
  • оценки эффективности инженерных решений в системах водоотведения;
Литература
  1. Koné D. Making urban excreta and wastewater management contribute to cities’ economic development: a paradigm shift // Water Policy. 2010. Vol. 12. Issue 4. Pp. 602–610. DOI: 10.2166/wp.2010.122
  2. Parkinson J., Tayler K. Decentralized wastewater management in peri-urban areas in low-income countries // Environment and Urbanization. 2003. Vol. 15. Issue 1. Pp. 75–90. DOI: 10.1177/095624780301500119
  3. Orth H. Centralised versus decentralised wastewater systems? // Water Science and Technology. 2007. Vol. 56. Issue 5. Pp. 259–266. DOI: 10.2166/wst.2007.579
  4. Никитина И.Н., Смирновская А.М. Обеспечение санитарной надежности территорий при использовании вывозной системы водоотведения // Строительство: наука и образование. 2015. № 4. С. 4.
  5. Engin G.O., Demir I. Cost analysis of alternative methods for wastewater handling in small communities // Journal of Environmental Management. 2006. Vol. 79. Issue 4. Pp. 357–363. DOI: 10.1016/j.jenvman.2005.07.011
  6. Автушко Е.А. О целевой программе «Чистая вода» на 2011–2017 гг. // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2014. № 4 (10). С. 56–59.
  7. Басаргин В.Ф. Проблемы водоснабжения и водоотведения в Российской Федерации и пути их решения // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 5. С. 10–13.
  8. Самойлова К.И., Тратникова А.А. Проблемы водоснабжения и водоотведения в Российской Федерации и пути их решения // Colloquium-journal. 2019. № 2–2 (26). С. 58–59.
  9. Massoud M.A., Tarhini A., Nasr J.A. Decentralized approaches to wastewater treatment and management: Applicability in developing countries // Journal of Environmental Management. 2009. Vol. 90. Issue 1. Pp. 652–659. DOI: 10.1016/j.jenvman.2008.07.001
  10. Пупырев Е.И. Вода и власть. М. : Экспо-Медиа-Пресс, 2014. 124 с.
  11. Мартынова Г.А., Туренко Ф.П. Проблемы обеспечения качества очистки сточных вод и их влияние на гидрохимический состав водоприемника очищенных стоков // Омский научный вестник. 2004. № 4 (29). С. 82–86.
  12. Magdeburg A., Stalter D., Schlüsener M., Ternes T., Oehlmann J. Evaluating the efficiency of advanced wastewater treatment: Target analysis of organic contaminants and (geno-)toxicity assessment tell a different story // Water Research. 2014. Vol. 50. Pp. 35–47. DOI: 10.1016/j.watres.2013.11.041
  13. Manchikanti P., Bandopadhyay T.K. Nanomaterials and effects on biological systems: development of effective regulatory norms // NanoEthics. 2010. Vol. 4. Issue 1. Pp. 77–83. DOI: 10.1007/s11569-010-0084-9
  14. Пупырев Е.И. Особенности проектирования систем водоснабжения и водоотведения в России // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 7. С. 5–10.
  15. Пупырев Е.И., Примин О.Г. Проблемы современного состояния систем водоснабжения и водоотведения в России // Водоснабжение и канализация. 2014. № 3–4. С. 10–18.
  16. Орешкина А. Частные водопроводчики. Готов ли бизнес быть партнером государства. 2016. URL: https://ko.ru/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=132196
  17. Пупырев Е. Системный анализ сооружений очистки хозяйственно-бытовых сточных вод // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. № 3. С. 18–23. DOI: 10.18412/1816-0395-2016-3-18-23
  18. Данилович Д.А. НДТ очистки сточных вод поселений: концепция информационно-технического справочника // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2015. № 3–4. С. 13–17.
  19. Будницкий Д.М., Данилович Д.А. C 2019 года порядок нормирования сбросов водоканалов кардинально изменится // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2017. № 4. С. 2–7.
  20. Волков В.А., Миташова Н.И., Агеев А.А. Определение показателей качества сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества // Известия Московского государственного технического университета (МАМИ). 2014. Т. 3. № 1 (19). С. 68–76.
  21. Даниилович Д.А., Эпов А.Н., Канунникова М.А. Анализ данных работы очистных сооружений российских городов — основа для технологического нормирования // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2015. № 3–4. С. 18–28.
  22. Егоров И.С., Золотокопова С.В., Егорова В.И. Биоинженерная технология уменьшения загрязнения рыбохозяйственных водоемов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. 2014. № 4. 45–50.
  23. Melin T., Jefferson B., Bixio D., Thoeye C., De Wilde W., De Koning J. et al. Membrane bioreactor technology for wastewater treatment and reuse // Desalination. 2006. Vol. 187. Issue 1–3. Pp. 271–282. DOI: 10.1016/j.desal.2005.04.086
  24. Wirahadikusumah R., Abraham D., Iseley T. Challenging issues in modeling deterioration of combined sewers // Journal of Infrastructure Systems. 2001. Vol. 7. Issue 2. Pp. 77–84. DOI: 10.1061/(asce)1076-0342(2001)7:2(77)
  25. Lopez Zavala M.A., Funamizu N., Takakuwa T. Onsite wastewater differential treatment system: modeling approach // Water Science and Technology. 2002. Vol. 46. Issue 6–7. Pp. 317–324. DOI: 10.2166/wst.2002.0695
  26. Савин П.А., Стрельников П.В., Веялко П.А., Корзун Н.Л. К вопросу выбора автономного водоотведения и индивидуальных систем очистки сточных вод // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2013. № 1 (4). С. 106–120.
  27. Randall C.W. Changing needs for appropriate excreta disposal and small wastewater treatment methodologies or the future technology of small wastewater treatment systems // Water Science and Technology. 2004. Vol. 48. Issue 11–12. Pp. 1–6. DOI: 10.2166/wst.2004.0789
  28. Мелехин А.Г., Бартова Л.В., Надь Д. Отведение и утилизация фекального стока на дачном участке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2013. № 2. С. 33–39.
  29. Бородин Д.М., Конев В.В., Райшев Д.В. Создание опытного образца системы утилизации тепла для вакуумной машины // Фундаментальные исследования. 2016. № 3–3. С. 456–460.
  30. Venkatesh G., Hammervold J., Brattebø H. Combined MFA-LCA for analysis of wastewater pipeline networks // Journal of Industrial Ecology. 2009. Vol. 13. Issue 4. Pp. 532–550. DOI: 10.1111/j.1530-9290.2009.00143.x 
  31. Botrous A., El-Hattab I., Dahab M. Design of wastewater collection networks using dynamic programming optimization technique // Environmental and Pipeline Engineering, 2000. 2000. DOI: 10.1061/40507(282)55 
  32. Tee K.F., Khan L.R., Chen H.P., Alani A.M. Reliability based life cycle cost optimization for underground pipeline networks // Tunnelling and Underground Space Technology. 2014. Vol. 43. Pp. 32–40. DOI: 10.1016/j.tust.2014.04.007 
  33. Примин О.Г., Пупырев Е.И. Методы повышения экологической безопасности трубопроводов канализационных сетей // Экология и промышленность России. 2013. № 3. С. 13–17.
  34. Березин С.Е., Баженов В.И. Воздуходувные станции с регулируемыми центробежными компрессорами. Симферополь : ИТ «Ариал», 2019. 188 с.
  35. Liu Y., Tay J.-H. State of the art of biogranulation technology for wastewater treatment // Biotechnology Advances. 2004. Vol. 22. Issue 7. Pp. 533–563. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2004.05.001
  36. Meeroff D.E., Bloetscher F., Bocca T., Morin F. Evaluation of water quality impacts of on-site treatment and disposal systems on urban coastal waters // Water, Air, and Soil Pollution. 2008. Vol. 192. Issue 1–4. Pp. 11–24. DOI: 10.1007/s11270-008-9630-2
  37. Lettinga G. Challenge of psychrophilic anaerobic wastewater treatment // Trends in Biotechnology. 2001. Vol. 19. Issue 9. Pp. 363–370. DOI: 10.1016/s0167-7799(01)01701-2 
  38. Foresti E., Zaiat M., Vallero M. Anaerobic processes as the core technology for sustainable domestic wastewater treatment: consolidated applications, new trends, perspectives, and challenges // Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2006. Vol. 5. Issue 1. Pp. 3–19. DOI: 10.1007/s11157-005-4630-9
  39. Larsen T.A., Maurer M., Udert K.M., Lienert J. Nutrient cycles and resource management: implications for the choice of wastewater treatment technology // Water Science and Technology. 2007. Vol. 56. Issue 5. Pp. 229–237. DOI: 10.2166/wst.2007.576
  40. Melin T., Jefferson B., Bixio D., Thoeye C., De Wilde W., De Koning J. et al. Membrane bioreactor technology for wastewater treatment and reuse // Desalination. 2006. Vol. 187. No. 1–3. Pp. 271–282. DOI: 10.1016/j.desal.2005.04.086
  41. Qu X., Alvarez P.J.J., Li Q. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment // Water Research. 2013. Vol. 47. Issue 12. Pp. 3931–3946. DOI: 10.1016/j.watres.2012.09.058
  42. Данилович Д.А., Максимова А.А., Пупырев Е.И. Оценка объемов неорганизованного дополнительного притока сточных вод в систему канализации // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 10. С. 31–38.
  43. Брешиани Р. Фитоочистка как инновационный метод водоочистки // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 7. С. 885–900. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.7.885-900
  44. Vymazal J. Constructed wetlands for wastewater treatment // Water. 2010. Vol. 2. Issue 3. Pp. 530–549. DOI: 10.3390/w2030530
  45. Kivaisi A.K. The potential for constructed wetlands for wastewater treatment and reuse in developing countries: a review // Ecological Engineering. 2001. Vol. 16. Issue 4. Pp. 545–560. DOI: 10.1016/s0925-8574(00)00113-0
  46. Werker A.G., Dougherty J.M., McHenry J.L., Van Loon W.A. Treatment variability for wetland wastewater treatment design in cold climates // Ecological Engineering. 2002. Vol. 19. Issue 1. Pp. 1–11. DOI: 10.1016/s0925-8574(02)00016-2
  47. Park J.B.K., Craggs R.J., Shilton A.N. Wastewater treatment high rate algal ponds for biofuel production // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102. Issue 1. Pp. 35–42. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.06.158
  48. Van Loosdrecht M.C.M., Brdjanovic D. Anticipating the next century of wastewater treatment // Science. 2014. Vol. 344. Issue 6191. Pp. 1452–1453. DOI: 10.1126/science.1255183
  49. Zaharia C. Decentralized wastewater treatment systems: Efficiency and its estimated impact against onsite natural water pollution status. A Romanian case study // Process Safety and Environmental Protection. 2017. Vol. 108. Pp. 74–88. DOI: 10.1016/j.psep.2017.02.004
  50. Назюта Л.Ю., Малыхин В.Д., Корнев Г.В., Рубан С.В. Анализ работы и перспективы усовершенствования станции очистки сточных вод города Мариуполя // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2004. № 5 (40). С. 186–190.
  51. Гогина Е.С., Саломеев В.П., Побегайло Ю.П., Макиша Н.А. Устройство, особенности строительства и эксплуатации индивидуальных очистных сооружений в РФ // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 10 (93). С. 142–147.
  52. Саломеев В.П. Реконструкция и модернизация очистных сооружений водоотведения в Московской области // Известия Московского государственного технического университета (МАМИ). 2013. Т. 2. № 3 (17). С. 205–211.
  53. Денисов А.А., Розаева А.В., Шаманова Л.А., Королева М.В., Павленко А.И., Канарская З.А. Способ расчета оптимальных размеров и режима работы вторичного отстойника в технологии биологической очистки сточных вод // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 3. С. 101–104.
  54. Левковская В.В., Бурдова М.Г. Анализ методов обеззараживания в компактных сооружениях очистки сточных вод // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2014. № 3. С. 17–21.
  55. Алексеева Г.Н., Аракчеева С.В., Корноухова И.Е. Выпуски сточных вод в водоемы // Вологдинские чтения. 2009. № 76. С. 112–114.
  56. Давыдов Ю.Ф. Экологические аспекты работы выпусков сточных вод // Вестник Казахстанско-Американского свободного университета. 2013. № 6. С. 33–39.
  57. Zhao L., Chen Z., Lee K. Modelling the dispersion of wastewater discharges from offshore outfalls: a review // Environmental Reviews. 2011. Vol. 19. Issue NA. Pp. 107–120. DOI: 10.1139/a10-025
  58. Bondur V.G., Zhurbas V.M., Grebenyuk Yu.V. Mathematical modeling of turbulent jets of deep-water sewage discharge into coastal basins // Oceanology. 2006. Vol. 46. Issue 6. Pp. 757–771. DOI: 10.1134/s0001437006060014
  59. Орлов В.А., Сторожев А.П., Герасимов В.А. Бестраншейные технологии на службе экологии // С.О.К. 2019. № 1 (205). С. 26–30.
  60. Дулов В.А., Юровская М.В., Козлов И.Е. Прибрежная зона Севастополя на спутниковых снимках высокого разрешения // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 43–60.
  61. Лапшев Н.Н., Федоров С.В. Оценка функционирования рассеивающего выпуска при условии отключения отдельных оголовков // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 112.
  62. Болдырева О.Н., Усков В.М. Качество очистки сточных вод экологически опасных технологий. Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2016. № 1–1 (7). С. 308–312.
  63. Залетова Н.А., Воронов Ю.В. Новые технологии для решения современных задач очистки сточных вод // Вестник МГСУ. 2012. № 2. С. 109–111. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.2.109-111
  64. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Повышение экоэффективности технологии очистки сточных вод // Сервис в России и за рубежом. 2014. № 1 (48). С. 153–162.
  65. Yıldırım M., Topkaya B. Assessing environmental impacts of wastewater treatment alternatives for small-scale communities // CLEAN — Soil, Air, Water. 2011. Vol. 40. Issue 2. Pp. 171–178. DOI: 10.1002/clen.201000423 
  66. Соловьева Е.А. Технология очистки сточных вод и обработки осадков при глубоком удалении азота и фосфора из сточных вод // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2016. № 1. С. 93–99.
  67. Шкундина Ф.Б., Шкундина Р.А., Габидуллина Г.Ф. К вопросу о разработке онтологии биологической очистки сточных вод // Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13. № 2. С. 277–278.
  68. Wang Q., Wei W., Gong Y., Yu Q., Li Q., Sun J. et al. Technologies for reducing sludge production in wastewater treatment plants: State of the art // Science of The Total Environment. 2017. Vol. 587–588. Pp. 510–521. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.02.203
  69. Жуков В.В., Величко Е.Г., Шевченко А.С., Переведенцев С.В., Цховребов Э.С., Шканов С.И. Технико-экономические вопросы создания экотехнопарков в сфере деятельности по обработке и утилизации отходов очистки сточных вод // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 8. С. 1057–1073. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.1057-1073
  70. Garrido-Baserba M., Molinos-Senante M., Abelleira-Pereira J.M., Fdez-Güelfo L.A., Poch M., Hernández-Sancho F. Selecting sewage sludge treatment alternatives in modern wastewater treatment plants using environmental decision support systems // Journal of Cleaner Production. 2015. Vol. 107. Pp. 410–419. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.11.021
  71. Савичев О.Г. Биологическая очистка сточных вод с использованием болотных биогеоценозов // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 312. № 1. С. 69–74.
  72. Пупырев Е.И., Шеломков А.С. Экономическое обоснование экологически безопасных технологий очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 1. С. 5–13.
  73. Singh N.K., Kazmi A.A., Starkl M. A review on full-scale decentralized wastewater treatment systems: techno-economical approach // Water Science and Technology. 2015. Vol. 71. Issue 4. Pp. 468–478. DOI: 10.2166/wst.2014.413
  74. Hao R.X., Liu F., Ren H.Q., Cheng S.Y. Study on a comprehensive evaluation method for the assessment of the operational efficiency of wastewater treatment plants // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2013. Vol. 27. Issue 3. Pp. 747–756. DOI: 10.1007/s00477-012-0637-2
  75. Гелашвили Д.Б., Лисовенко А.В., Безруков М.Е. Применение интегральных показателей на основе функции желательности для комплексной оценки качества сточных вод // Поволжский экологический журнал. 2010. № 4. С. 343–350.
  76. Panepinto D., Fiore S., Zappone M., Genon G., Meucci L. Evaluation of the energy efficiency of a large wastewater treatment plant in Italy // Applied Energy. 2016. Vol. 161. Pp. 404–411. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.10.027
  77. Alegre H., Sérgio T. Infrastructure asset management of urban water systems. Water Supply System Analysis — Selected Topics. 2012. Pp. 49–73. DOI: 10.5772/52377
  78. He Y., Zhu Y., Chen J., Huang M., Wang P., Wang G. et al. Assessment of energy consumption of municipal wastewater treatment plants in China // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 228. Pp. 399–404. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.04.320
  79. Bassan M., Koné D., Mbéguéré M., Holliger C., Strande L. Success and failure assessment methodology for wastewater and faecal sludge treatment projects in low-income countries // Journal of Environmental Planning and Management. 2014. Vol. 58. Issue 10. Pp. 1690–1710. DOI: 10.1080/09640568.2014.943343
  80. Zhao J., Jin J., Zhu J., Xu J., Hang Q., Chen Y. et al. Water resources risk assessment model based on the subjective and objective combination weighting methods // Water Resources Management. 2016. Vol. 30. Issue 9. Pp. 3027–3042. DOI: 10.1007/s11269-016-1328-4
  81. Пупырев Е.И., Корецкий В.Е., Волковинский В.В. Краткий водохозяйственный словарь. М. : Прима-Пресс Экспо, 2008. 224 с.
  82. Godin D., Bouchard C., Vanrolleghem P.A. Net environmental benefit: introducing a new LCA approach on wastewater treatment systems // Water Science and Technology. 2012. Vol. 65. Issue 9. Pp. 1624–1631. DOI: 10.2166/wst.2012.056
  83. Баженов В.И., Пупырев Е.И., Самбурский Г.А., Березин С.Е. Разработка методики расчета стоимости жизненного цикла оборудования, систем и сооружений для водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 2. С. 10–19.
  84. Sala-Garrido R., Molinos-Senante M., Hernández-Sancho F. Comparing the efficiency of wastewater treatment technologies through a DEA metafrontier model // Chemical Engineering Journal. 2011. Vol. 173. Issue 3. Pp. 766–772. DOI: 10.1016/j.cej.2011.08.047
  85. Pesce S. Use of water quality indices to verify the impact of Córdoba City (Argentina) on Suquía River // Water Research. 2000. Vol. 34. Issue 11. Pp. 2915–2926. DOI: 10.1016/s0043-1354(00)00036-1
  86. Khambete A., Christion R. Predicting efficiency of treatment plant by multi parameter aggregated index // Journal of Environmental Research and Development. 2014. Vol. 8. No. 3. Pp. 530–539.
  87. Lorenzo-Toja Y., Vázquez-Rowe I., Amo­res M.J., Termes-Rifé M., Marín-Navarro D., Morei­ra M.T., Feijoo G. Benchmarking wastewater treatment plants under an eco-efficiency perspective // Science of The Total Environment. 2016. Vol. 566–567. Pp. 468–479. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.05.110
СКАЧАТЬ (RUS)