КТБ «РОДНИК»

О мерах противодействия COVID-19 в контексте технологий очистки сточных вод

к.т.н. Марков Н.Б.,
Попов П.Г.

Ситуация в мире с коронавирусной инфекцией COVID-19 показала, насколько мы подвержены воздействию невидимых микроорганизмов, заселяющих землю или искусственно инкубированных человеком, в том числе и с целью влияния на поведение мирового сообщества. Существующие методы защиты от вирусной пандемии показала несовершенство способов и технологий борьбы с носителем заболевания, при этом полностью игнорируются современные методы защиты водных источников от вторичного заражения, которое может быть генерировано загрязненными городскими, бытовыми и сточными водами от медицинских учреждений. Результаты многочисленных исследований констатируют, что такие сточные воды содержат широкий спектр патогенных бактерий, вирусов, цист простейших и яиц гельминтов, характерных для жителей региона, где расположены очистные сооружения. Согласно информации, опубликованной на портале MedRxiv, исследователи из нидерландского Института водных исследований KWR установили, что в местных сточных водах уже присутствовал коронавирус SARS-CoV-2 за две недели до того, как стало известно о первых случаях заражения. Авторы работы считают, что мониторинг сточных вод мог бы стать хорошим инструментом для контроля распространения инфекции в сточных водах, что позволит больше узнать о его циркуляции между районами и, возможно, предсказывать новые вспышки вирусных инфекций.

В этой связи биологическое загрязнение сточных вод обусловливает наибольший риск для населения, расположенного вблизи водоема. Степень этого риска зависит от многих факторов, определяющими из которых являются: вид возбудителя, его вирулентность, концентрация в сточных водах, устойчивость во внешней среде и к действию дезинфектантов, характер возможного воздействия на человека и т.д. С эпидемиологической и гигиенической точек зрения наибольшую опасность могут представлять энтеровирусы, что объясняется их высокой устойчивостью в водной среде, патогенными факторами для человека, интенсивным повсеместным распространением и отсутствием мер специфической профилактики. Существенно то, что при использовании сточных вод в сооружениях, на которых образуется гидроаэрозоль (градирни, брызгальные бассейны, разбрызгиватели на полях орошения и т.д.), не исключена возможность загрязнения атмосферного воздуха микроорганизмами, в частности, около городских очистных сооружений в воздухе на значительном расстоянии обнаруживается патогенная микрофлора. Особое опасение вызывает гидроаэрозоль сточных вод в связи с возможностью передачи возбудителя эпидемического легионеллеза. За годы, прошедшие со времени первого описания легионеллеза в 1976 г., выявлено большое число случаев данной инфекции и подтверждена существенная роль в ее распространении систем оборотного водоснабжения, кондиционеров, душевых установок, градирен [1]. В этих условиях высокая степень очистки сточных вод выступает в качестве основного фактора профилактики инфекционных заболеваний и интоксикаций среди контингента населения, подвергающихся прямому или косвенному воздействию сточных вод [2].

Повторное использование сточных вод для непрямого питьевого водоснабжения городов и поселений мы можем наблюдать на любой крупной реке, где вышерасположенные по течению населенные пункты сбрасывают условно очищенные сточные воды, которые смешиваются с речной водой и в дальнейшем, после доочистки в естественных условиях, поступают на водозаборы, расположенные ниже по течению. Что касается прямого питьевого водоснабжения, то здесь существенную роль играет психологический фактор, и только серьезные причины могут побудить людей принять тот факт, что они будут пить разбавленную сточную воду, которая недавно текла по канализационным трубам города, расположенного выше по течению той же реки. При этом водоснабжающими организациями зачастую утверждается, что степень чистоты источника питьевого водоснабжения соответствует нормативным требованиям по микробиологической чистоте (МБЧ). На самом деле, степень МБЧ источников водоснабжения зачастую не соответствует нормативам, а что касается работы очистных городских сооружений, то качество очищенных сточных вод не выдерживает никакой критики, а при этом, так называемые «очищенные стоки», с успехом сбрасываются в проточные водоемы и успешно доставляются течением реки следующему водопотребителю, но уже в разбавленном виде. При этом количество инкубированных бактерий, и особенно вирусов, вынесенных человеком в окружающую среду, в таких источниках не снижается, а зачастую даже увеличивается в случае благоприятных условий для развития микрофлоры.

Что касается коронавируса SARS-CoV-2, то судя имеющимся на сегодняшний момент данным он может перемещаться по воздуху на расстояние от 6 до 7 футов [3], а в некоторых изданиях сообщается, что вирус может преодолевать такое же расстояние от зараженных человеческих фекалий. Другие научные источники полагают, что указанный вирус может включать Prevotella, бактерию, которая, как известно, вызывает инфекции дыхательных путей, включая пневмонию, может распространяться, кроме прямого контакта, что естественно, и через фекальные сточные воды.

Указанные обстоятельства усиливают микробиологический фон источника водоснабжения и требуют от водоснабжающей организации введения дорогостоящих мероприятий, связанных с дополнительной усиленной санитарной обработкой как питьевых, так и очищенных сточных вод. Подтверждением того, что некоторые вирусы могут длительное время находиться в водной среде, не теряя своей активности, являются данные, полученные от различных научных источников.

Таблица 2

Одно из последних исследований в Китае, проведенных в 2019 году, свидетельствует об отсутствии вирусов в очищенной сточной воде только при использовании систем очистки сточных вод, спроектированных по технологии мембранного биореактора (MBR-технология). Авторы проанализировали количество норовируса человека GI, GII, ротавируса и степень их удаления в очистных установках, используемых в университетском кампусе [4]. Сточные воды содержали стоки от септиков, ресторанов, кафе и серую воду от душевых. Сточные воды обрабатывались с помощью тонкой механической обработки, далее подвергались биологической очистке с использованием A₂O- и MBR-технологий, после чего биологически очищенные сточные воды сбрасывались в рекреационное озеро. Вирусы гастроэнтерита в исходных сточных водах возникли из сточной воды от туалетов и серой воды от мытья, которые потенциально загрязнены фекалиями или рвотой инфицированных вирусами людей. Результаты проб были сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Результаты проведенных исследований следующие:

· при очистке в азротенках (А₂О-технология) в 70,8% образов неочищенных сточных вод и в 62,5% озерных вод содержались вирусы;

· пробы, взятые из очищенной сточной воды на МБР-установке с дополнительной дезинфекцией очищенной сточной воды, были отрицательными;

· анализ с помощью ПЦР (полимеразной цепной реакции) подтвердил периодически появляющихся разных типов рото- и норовирусов в исследованной озерной воде;

· результаты показали возможность загрязнения искусственного озера из несвязанных со сточными водами источников (воздушный перенос вируса).

В 2018 году в США проводилось интересное исследование, целью которого являлось определение влияния климатических изменений на распространение патогенов в сточных водах и угрозу здоровья населению [5]. Результаты исследований показали, что в сезон дождей и штормов увеличивается распространение патогенных штаммов в сточных водах, поэтому может повышаться заболеваемость населения инфекциями, передающимися через воду. Связано это с пополнением канализационной системы бактериями, выносимыми из дополнительных источников загрязнения. Неэффективная и некачественная очистка воды, а также активный сброс загрязненных тяжелыми металлами и химикатами сточных вод, приводит к увеличению популяции сине-зеленых водорослей в регионе расположения источника водоснабжения, что крайне негативно сказывается на здоровье населения.

С целью устранения негативного влияния состава сточных вод на экологическую ситуацию в районе вывода сточных вод в поверхностный водоем требуется их качественная биологическая очистка от загрязнителей и патогенов. В настоящее время для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, в основном, применяются:

- классический аэротенк (A₂O-технология) с системой аэрации, где резервуар заполняется аэробным илом, в который непрерывно подается воздух и исходные стоки, содержащие БПК, аммонийный азот и прочие загрязнители. Осаждение ила в А₂О-системе проиcходит во вторичном отстойнике, где очищенная сточная вода отводится переливом, а осевший ил выводится из нижней части отстойника, при этом часть ила возвращается на вход в аэротенк, а избыточный ил отводится на обезвоживание и утилизацию;

- аэробный реактор переменного действия или SBR-реактор, где аэрация, нитрификация, денитрификация и отстаивание иловой смеси поочередно производятся в одном резервуаре. Процесс биологической очистки (наполнение сточной водой, перемешивание с активным илом, аэрация, седиментация активного ила, отвод очищенной сточной воды и избыточного ила) происходит последовательно во времени в одном резервуаре;

- мембранный аэробный биореактор-современная MBR-технология очистки и дезинфекции сточных вод, позволяющая значительно снизить уровень содержания в очищенной сточной воде БПК, аммонийного азота, фосфатов, СПАВ, токсинов, до 100 % микробов и вирусов. Гарантирован высокий уровень качества очищенной сточной воды при относительно невысокой стоимости очистных сооружений [6]. Мембранный биореактор–это комбинация традиционной биологической очистки и мембранного разделения иловой смеси, реализуемого на ультра- или микрофильтрационных мембранах [7]. Размер пор таких мембран составляет от 0,01 до 0,1 мкм, что обеспечивает практически полное удаление из очищенной сточной воды всех взвешенных веществ, микроорганизмов, вирусов и бактерий. Применение данной технологии позволяет исключить вторичные отстойники, а также оборудование для доочистки и обеззараживания очищенной сточной воды. Качество очистки после ультрафильтрационных мембран соответствует всем допустимым показателям для сброса в водоемы рыбохозяйственного значения. МBR-технология идеальна для локальных очистных сооружений медицинских и промышленных предприятий, сбрасывающих очищенные сточные воды в водоемы рыбохозяйственного значения.

Таблица 4

Сравнение технико-экономических показателей установок

для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод

При сравнении средних значений не существует какого-либо существенного различия в стоимости строительства, расходов на оборудование и электрооборудование для А₂О и MBR-систем. Общие затраты для указанных систем почти равны, потому что стоимость комплекса оборудования для А₂О процесса выше, чем для процесса MBR, в то время как MBR процесс требует немного больше эксплуатационных расходов, чем А₂О-аэротенк.

SBR-реактор предназначен для очистки высококонцентрированных стоков и эксплуатируется только при положительных температурах (30-38^оС). Для решения данной проблемы усложняется конструкция и технологическая схема сооружения, вводятся системы дозирования водных растворов химреагентов, что ведет к резкому удорожанию стоимости SBR-сооружения. Расходы на технологические агрегаты и электрооборудование для SBR на 25-30% ниже, чем для А₂О и MBR-установок.

Как для MBR, так и для А₂О-установки расходы на электрическую энергию составляет большую часть расходов при их эксплуатации. Затраты электрической энергии для MBR обычно больше, чем для А₂О и SBR-установок.

Издержки обращения и утилизации смеси осадка и отработанного ила для MBRзначительно ниже, чем А₂О и SBR-установок. Поэтому с точки зрения обезвоживания и утилизации шлама MBR может рассматриваться как наиболее выгодной технологией.

Согласно оценке технических экспертов из Японии MBR-установки с производительностью от 3000 до 5000 м³/сутки имеют более высокие затраты на строительство, чем А₂О или SBR-установки. Однако, расходы на строительство почти одинаковы для объектов с производительностью более 5000 м³/сутки. На объектах с производительностью 10000 м³/сутки и более MBR является более выгодным по сравнению с аэротенком, поскольку строительные расходы ниже, т.к. MBRтребует значительно меньше места, чем остальные установки. Независимо от затрат только MBR-установка может быть применима, когда пространство под очистные сооружения ограничено или предъявлены высокие требования к качеству биологически очищенной сточной воде (водоёмы рыбохозяйственного значения высшей категории и прочие водные объекты), в том числе по микробиологической чистоте.

При штатной эксплуатации очистных сооружений с использованием МБР-технологии штрафные санкции за нарушение норм сброса выше ПДК – практически отсутствуют, равно как не наносится вред природе и экологическому режиму в месте сброса очищенных сточных вод,исключается эвтрофирование водного объекта [8].

Что касается обеспечения микробиологической чистоты биологически очищенных сточных вод, то для обеспечения указанного показателя следует применять ультрафильтрационные мембраны с размерами пор не более 25 нм, поскольку согласно таблице 2 условный диаметр вирусов составляет от 27 до 250 нм. Использование мембран с рейтингом пор ниже 25 нм гарантирует удаление из воды всех коллоидных и взвешенных частиц, а также бактерий и вирусов [9].

Список производителей мембран, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, ограничен фирмами-производителями мембран, приведенными в таблице 5.

Таблица 5.

Технические характеристики мембранных модулей для МБР-технологии

Капитальные затраты на возведение сооружения для очистки сточных вод с МБР колеблются от 6000-1000 евро на 1 м³/сутки в зависимости от производительности. Затраты на мембранную установку (со всем вспомогательным оборудованием) составляют от 30 до 60 %. Стоимость мембранных блоков составляет 75-150 евро/м² при их средней удельной производительности 30-50 л/ч на 1 м² площади погружных мембран. Стоимость обработки бытовых сточных вод колеблется в диапазоне 0,08-0,15 евро за 1 м³, причем меньшие значения соответствуют половолоконным модулям; общие эксплуатационные затраты составляют порядка 0,23-0,25 евро на 1 м³ исходной сточной воды.

Создаваемые по технологическим решениям КТБ «РОДНИК» очистные сооружения КОС-МБР и мобильные установки КОС-МБР-К для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на базе технологии МБР являются наиболее эффективным способом противодействия развитию различных пандемий, включая COVID-19 через водную среду.

Очищая сточную воду, мы сохраняем жизнь на планете!

ВЫВОДЫ:

- в современных условиях глобализации высокая степень очистки сточных вод выступает в качестве основного фактора профилактики инфекционных заболеваний и интоксикаций среди контингента населения, подвергающегося прямому или косвенному воздействию сточных вод;

- с целью оптимизации государственных средств на модернизацию существующих очистных сооружений не следует вкладывать средства в «дешевые» проекты, выполненные по классическим технологиям, которые показали свою неработоспособность в течение всего периода их эксплуатации;

- современная биомембранная (МБР) технология очистки и дезинфекции сточных вод на выносных мембранах, применяемая КТБ «РОДНИК» позволяет значительно снизить уровень содержания в очищенной сточной воде БПК, аммонийного азота, фосфатов, СПАВ, токсинов, до 100 % микробов и вирусов и выйти на гарантированно-высокий уровень качества очищенной сточной воды при относительно невысокой стоимости очистных сооружений;

- поскольку условный диаметр вирусов составляет от 27 до 250 нм, то для обеспечения микробиологической чистоты биологически очищенных сточных вод следует применять ультрафильтрационные мембраны с размерами пор не более 25 нм;

- так как МБР-установки находятся на удаленном доступе и управлении, полностью автоматизированы, то при эксплуатации МБР-установок исключен «человеческий фактор», влияющий на работоспособность и безаварийную эксплуатацию очистных сооружений, а также устраняется угроза инфицирования обслуживающего очистные сооружения персонала.

Очищая сточную воду, мы сохраняем жизнь на планете!