Необходимость нормально устроенной канализации на даче трудно оспорить. Если на ней организовано водоснабжение, то обязательно должна быть и канализация, иначе просто некуда будет сливать использованную воду. В жилом доме «черные» фекальные воды из туалета, оборудованного смывным бачком, отводятся в канализацию по общим трубопроводам. К ним добавляются «серые» бытовые сточные воды, поступающие из кухни и ванной и несколько осветляющие «черные» фекальные воды. «Серые» хозяйственно-фекальные сточные воды по внутренним трубопроводам подводятся к выпуску из дома. Далее «серые» сточные воды, пересекая границу строения, поступают сначала в линии дворовой сети, затем – в трубы уличной сети поселковой или городской канализации, если в данном населенном пункте имеется централизованная канализационная сеть (рис. 24).

Рисунок 24. Путь сточных вод в загородном доме

В городах конечным сооружением канализационной системы являются специальные очистные сооружения, предназначенные для очистки и обеззараживания стоков. Очистка бытовых канализационных стоков представляет собой непростую инженерную задачу.

В случае отсутствия централизованной поселковой сети каждому застройщику и владельцу дома необходимо самостоятельно решать проблему избавления от сточных вод, отводить и очищать их. Говоря другими словами, ему приходится обустраивать местную канализацию и индивидуальные очистные сооружения. Проблему удаления сточных вод можно решить путем создания индивидуальной или местной, для нескольких домов одновременно, системы сбора, очистки, обезвреживания и утилизации сточных отходов. Все эти мероприятия в совокупности и называются системой водоотведения.

В такой ситуации привычки городского потребительского отношения к канализационной сети могут обернуться для пользователей канализацией в загородном доме серьезными неприятностями. Ведь любое нарушение в работе индивидуальной или локальной системы очистки напрямую касается ее владельцев. Водоносный слой очень легко повредить, и в результате из колодца больше нельзя будет брать воду для питья. Фекальные отходы загрязнят ближайшую речку или пруд. Из-за нарушений стока грунтовых вод может оказаться подтопленным дачный участок, тогда растения на грядках неминуемо начнут загнивать. Худший вариант развития событий способен привести к деформации жилого дома, потому что начнет разрушаться его фундамент.

Будущие застройщики, которые намереваются построить в сельской местности хороший дом, предполагают создать для проживания своей семьи максимально комфортные условия. В таком доме будут не один туалет, несколько ванных комнат, сауна в подвальном помещении и даже небольшой плавательный бассейн. Создание подобного комфорта неизбежно приведет к резкому повышению объема сточных вод, и в работе канализации проявятся такие проблемы, о существовании которых ее владелец даже и не подозревал.

Однако можно избежать подавляющего большинства подобных проблем, если рассматривать канализацию как единую систему, в которой важна каждая составляющая. При ее организации следует учитывать буквально все: обустройство оптимальной схемы очистки; подбор согласованных и подходящих по параметрам агрегатов, составляющих систему; конструкцию каждого устройства и соединительных элементов; материалы, использованные при изготовлении всех конструктивных компонентов; а самое главное – правильную их эксплуатацию.

Кроме того, очень важно научиться грамотному водопользованию, заключающемуся в точном выполнении нескольких несложных правил. Прежде всего, надо разделять твердые (типа бумаги и бытового мусора) и жидкие бытовые отходы, осуществляя их утилизацию по отдельности. Индивидуальную очистную систему нельзя засорять такими отходами и в тех объемах, с которыми она не в состоянии справиться. Не следует сбрасывать в нее пищевые отходы, сливать в очистную систему кипяток и воду из бассейна, злоупотреблять стиральными порошками, оставлять устройства на зиму без утепления, не удалять вовремя излишек ила. Основное правило водопользования гласит: все, что не очистится в собственной системе, в какой-то степени неизбежно попадет в источники питьевой воды.

Из практического опыта многих владельцев загородных домов и коттеджей можно сделать следующий вывод: самое целесообразное – это подключение к уже существующей сети канализации. Если такая возможность отсутствует, то имеет смысл организовать вместе с соседями местную локальную систему очистки. Сооружение индивидуальной очистной системы следует считать вынужденной мерой.

На специализированном рынке можно встретить множество предложений по готовым очистительным системам, которые способны справиться и с «черными», и с «серыми» сточными водами. Однако индивидуальное или локальное очистное сооружение заводской сборки стоит довольно дорого. Высокая стоимость установок – это убедительный аргумент в пользу кооперации в таком непростом деле.

Со времен изобретения водопровода технология очистки стоков в местных системах почти не изменилась. Это осуществление механической фильтрации стоков от взвешенных загрязнений на начальном этапе с использованием решеток, сита, жироловок и септиков-отстойников.

Затем уже частично очищенные от взвесей и несколько осветленные воды подвергают биологической очистке от органических загрязнений. Эту работу выполняют природные микроорганизмы, для которых сточные воды – самая благоприятная среда обитания. На их долю приходится около 25 % всех уничтоженных органических загрязнений. При этом они увеличивают свою биомассу и разлагают почти всю остальную часть органики, оставляя после себя твердый осадок, воду и газы. Биологическая очистка сточных вод снимает практически все проблемы, которые не в состоянии решить другие способы очистки. Первая и вторая стадии обработки сточных вод являются основой любого технологического процесса очистки. Первая стадия – это предварительная обработка, а вторая – глубокая очистка сточных вод.

Выделяемые при разложении органики газы: азот, аммиак, углекислый газ, сероводород, водород и метан – являются не только источниками неприятных запахов, они взрывоопасны. Поэтому любые очистные сооружения в обязательном порядке требуется снабжать надежной вентиляцией, а также сооружать их как можно дальше от жилых домов.

Некоторое время стоки отстаиваются, в данный период они частично сбраживаются – это и есть первая ступень очистки, когда образуется активный ил. Активный ил – это осадок, который формируется при биологической очистке сточных вод. Он аккумулирует в себе большое количество микроорганизмов и интенсивно окисляет органические вещества. О необходимости периодического удаления ила уже говорилось ранее; если не удалять его, то донные отложения займут столько места, что система просто не справится с разложением отходов. Тогда произойдет закупорка трубопроводов септика и стоки потекут в жилище.

Относительно осветленные воды из септика направляются на биологическую очистку, которая осуществляется или в сооружениях биологической очистки в природных условиях, или в специальных установках в искусственных условиях.

К сооружениям биологической очистки в природных условиях относятся фильтрующие колодцы и траншеи, подземные поля фильтрации, песчано-гравийные фильтры, или поля орошения. Принцип их работы основан на использовании процессов разложения органики, происходящих в почвенном слое естественной среды. В этом случае сточные воды пропускают через специально подготовленную для этой цели почву на вышеуказанных сооружениях. После биологической очистки в природных водоемах нужно провести еще доочистку стоков и их обеззараживание. В этом процессе применяют биофильтры с гранулированным наполнителем в виде гравия или керамзита. Обеззараживание воды обычно производят с помощью хлорирования. На глинистых и суглинистых грунтах биологическую очистку осуществляют при помощи песчано-гравийных фильтров или фильтрующих траншей, располагая их на 1 м выше уровня грунтовых вод. Для сохранения их работоспособности очистные сооружения и трубы, подводящие к ним, надо утеплять на зимний период. Для естественного способа биологической очистки требуется достаточно большое пространство. У большинства же владельцев дачных и загородных участков земельная площадь ограничена. В условиях вынужденной экономии на площади, занятой под фильтрующие сооружения, и необходимости снижения затрат на земляные работы для лучшей доочистки сточных вод имеет смысл установить биофильтр с искусственной загрузкой.

В искусственных условиях установки биологической очистки являются системами, в которых человеком специально создана благоприятная среда для развития гнилостных микроорганизмов. Искусственный вид биологической очистки происходит в аэротенках – резервуарах, в которых сточные воды вместе с присоединенным к ним активным илом продувают воздухом, поступающим от компрессоров (аэрационной станции). На следующем этапе искусственной очистки в дело вступают вторичные отстойники, в них выделяется тот активный ил, который затем направляется в аэротенки. Аэротенк представляет собой камеру, в которой совершается бесповоротное разрушение стоков с помощью мелкопузырчатой аэрации. Пузырьки воздуха поддерживают жизнь аэробных бактерий, которые разлагают органику.

После очищения во вторичных отстойниках сточные воды дезинфицируют электролизом или в контактных резервуарах с помощью жидкого (газообразного) хлора. Эти воды уже можно направлять в открытые водоемы (рис. 25).

Рисунок 25. Аэрационная станция, размещение оборудования под землей

В теории, для очищения бытовых стоков при отсутствии централизованной системы канализации лучше подходят локальные очистные сооружения – это самый современный и экологически оправданный способ очистки.

Канализация для дачи подразумевает под собой трубопровод, который пересекает границу строения, после чего попадает в наружную сеть канализации. Конструкция собственной автономной или локальной канализации во многом сходна с ее городской системой. По пути к месту окончательного сброса располагают очистные сооружения (самодельные или заводской сборки), предназначенные для фильтрации и отстаивания воды. Они осуществляют механическую и биологическую очистку сточных вод. Проходя через камеры очистной системы, вода освобождается от коллоидных взвесей и частиц.

Очищенная и осветленная вода отводится в дренажную систему, а затем в почву или естественный водоем. Устройство системы глубокой биологической очистки сточных вод в частном доме позволяет сделать наружную канализацию максимально эффективной с точки зрения экологии. Это оборудование при установке биофильтра обеспечивает почти полную очистку стоков (до 99 %). После пропуска сточных вод через такую систему не требуется их дополнительной фильтрации с помощью песка и щебня перед впитыванием в землю. Появляется возможность сброса очищенных вод в водоотводную канаву, на местность, а также в водозаборные водоемы.

Тип канализации может зависеть от того, какие сточные воды поступают в ее сеть. Поэтому в зависимости от характера стоков канализация бывает общесплавной и раздельной.

В случае устройства общесплавной канализации в ее сеть вместе с бытовыми стоками поступают также атмосферные стоки, которые появились в результате выпадения осадков, т. е. дождевые и талые воды.

В случае сооружения раздельной канализации дождевые и талые воды поступают в отдельно прокладываемые водостоки (ливневую канализацию). Далее по этим водостокам сточные воды природного характера без очистки направляются в открытые естественные водоемы. Бытовые хозяйственные стоки по отдельным трубопроводам поступают в очистное сооружение. Раздельная канализация на даче является самым распространенным методом канализации и очистки сточных вод. К тому же она обеспечивает наименьшие материальные затраты и трудоемкость, так как бытовые стоки, разбавленные дождевыми и талыми водами, перерабатываются намного медленнее.

Способы очистки сточных вод зависят от состава их загрязнений и поэтому весьма разнообразны. По видам и составу все загрязнения сточных вод можно разделить на 3 группы: минеральные, органические и биологические.

В группу минеральных загрязнений входят песок, частицы глины, руды, растворимые неорганические соли, щелочи, кислоты и другие подобные вещества.

Все органические загрязнения можно, в свою очередь, разделить на растительные (крахмал, патока, растительные масла и сахара) и животные (продукты жизнедеятельности или части живых организмов, белки животного происхождения – жир, кровь, молоко, сыворотка и пр.). Эти виды загрязнений представляют особую опасность, потому что их практически невозможно удалить из раствора физическими методами. Примерно в течение 2–3 ч они начинают загнивать.

Группу биологических загрязнений составляют всевозможные бактерии, грибки, вирусы, яйца паразитов. Этот вид загрязнений типичен для стоков хранилищ навоза и птичьего помета, для ветеринарных изъятий и непищевых отходов убоя скота и птицы. Но частично такой вид загрязнений способен присутствовать и в бытовых сточных водах.

По фазово-дисперсному состоянию все субстанции, загрязняющие стоки, можно разделить на растворимые, нерастворимые и коллоидные вещества.

Действительно растворенные вещества, такие как соли и сахара, содержатся в водном растворе в диссоциированном ионном виде. Коллоидные частицы имеют размеры, не превышающие 0,1 мкм. Нерастворенные вещества представлены частицами размером более 0,1 мкм. В свою очередь, нерастворенные частицы делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные.

Бытовые сточные воды обычно содержат загрязнения, состоящие из неорганических и органических соединений, которые могут находиться в жидкости как в растворенной форме, так и в виде взвешенных (оседающих, всплывающих и коллоидных) веществ.

В сточной воде также присутствуют микроорганизмы, разлагающие органические вещества и вызывающие их анаэробную ферментацию. Для бытовых сточных вод характерна их предрасположенность к биологическому разложению – биодеградации, или подверженности биологической очистке. Это в определенной степени зависит от существующего в стоках баланса питательных для бактерий веществ: азота и фосфора. В частности, принцип аэробной биологической очистки основан на размножении бактерий, потребляющих из сточных вод в процессе своей жизнедеятельности органические вещества. Развитие таких бактерий происходит во время их пребывания в сточной воде в виде суспензии (активный ил) или в виде фиксированной пленки (биологический фильтр).

Для нормального протекания процесса очистки сточная вода обязана поступать на очистные сооружения в достаточно «свежем» состоянии, она не должна застаиваться по дороге к септику. Загнившая сточная вода может быть токсичной для участников процесса биологической очистки. Поэтому перед первичным отстаиванием такую воду надо заранее подвергнуть аэрации или предварительному хлорированию. Для того чтобы тяжелые и крупные загрязнения не влияли отрицательно на процесс биологической очистки, и необходимо первичное отстаивание бытовых сточных вод. На этом же этапе из стоков обычно удаляются жиры и плавающие на поверхности (флотирующие) вещества.

В маленьких установках можно обойтись без предварительного отстаивания, но в этом случае нужна обработка стоков, позволяющая полностью удалять жиры. Некоторые фирмы, производящие оборудование для первичной очистки бытовых сточных вод, ввели в конструкцию классического септика уловитель взвесей и жира в виде съемной кассеты. Кассету с фильтрующей загрузкой «пузолан» из вулканической высокопористой скальной породы необходимо извлекать из системы 1 раз в 6 месяцев и промывать струей чистой воды.

Для бытовых сточных вод типичны содержание в них взвешенных веществ и биохимическая потребность в кислороде. Когда в городах бытовые отходы в измельченном виде через стоки в кухонных раковинах сбрасываются в канализацию, они не задерживаются решетками и увеличивают нагрузку на городские очистные сооружения. Тем более не рекомендуется спускать такие отходы в индивидуальную или локальную очистную систему. Из-за этого в сточных водах содержание взвешенных веществ возрастает практически вдвое.

Огромное влияние на степень очистки сточных вод оказывает уровень pH. Значение показателя pH в бытовой сточной воде обычно близко к нейтральному и колеблется в пределах 7–7,5.

Наличие в сточных водах ионов тяжелых металлов даже в небольших концентрациях (0,1 мг/л), способно подавлять активность бактерий. Многие вещества (цианиды, цикличные гидроксильные соединения и другие) токсичны, поэтому не следует спускать их в канализацию – это запрещено законом. Для жизнедеятельности бактерий в очистных сооружениях вредны многие фармацевтические средства и моющие синтетические вещества.

Иногда в сточных водах может нарушаться равновесие питательных веществ, нередко наблюдается дефицит азота и фосфора. В некоторых случаях следует добавлять в стоки биогенные элементы (питательные вещества) для восстановления нужных соотношений. Из-за нарушения баланса питательных веществ происходит сбой биологического процесса, который сопровождается вспуханием активного ила и снижением эффективности очистки. Высокой степени (80 % и более) удаления азота из сточных вод можно достичь при использовании очистных установок переменного типа. В процессе аэробной фазы сток нитрифицируется, а в ходе анаэробной фазы происходит его денитрификация. Разумное сочетание этих фаз и поддержание комфортной для бактерий температуры позволяет достичь высокой степени удаления азота, а также обеспечить бактерии питанием. Некоторые типы подобных систем способны автоматически менять режим работы в зависимости от объема поступающих канализационных стоков.

В процессе обычной биологической очистки не всегда удается полностью удалить фосфор. Главным источником полифосфатов являются современные моющие средства, поэтому количество фосфатов в стоках возрастает с ростом применения моющих средств. Но благодаря работе бактерий полифосфаты превращаются в годные для потребления ортофосфаты. Исследования показали, что в сточной воде, поступающей в аэротенк, две трети общего объема фосфора присутствуют в форме полифосфатов и одна треть – в форме ортофосфатов. После биологической очистки в сточных водах имеет место обратное соотношение фосфорсодержащих веществ. Кроме того, в процессе анаэробного сбраживания избыточного ила, содержащего осажденные фосфаты, не отмечено их высвобождения в рециркулирующий поток. Хотя бактерии и «любят» фосфор, не следует «кормить» их раствором стирального порошка.

Эффективность очистки стоков может снизиться из-за высокого содержания солей тяжелых металлов, да вообще засоленность вредит процессу очистки. Резкое повышение уровня их содержания намного вреднее для бактерий, чем его медленное изменение. В некоторых случаях для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ, в большом объеме присутствующих в различных моющих средствах, эффективно применение активированного угля.

На процесс очистки стоков оказывают большое влияние температурные колебания: понижение температуры окружающей среды ниже определенного уровня замедляет жизнедеятельность полезных бактерий.

Очистку сточных вод необходимо производить в целях снижения содержания загрязнений до таких концентраций, которые не оказывают неблагоприятного воздействия на флору и фауну водоемов. В каждой стране существуют свои санитарно-гигиенические нормативы, которые ограничивают пределы содержания загрязнений в сточных водах, сбрасываемых в водоемы. В некоторых случаях достаточно частичной обработки, тогда можно ограничиться лишь механической очисткой стоков.

В новейших моделях малых септиков предусматривается наличие биофильтра. В них после первичной очистки в отстойнике-сепараторе жидкая фракция стоков поступает на доочистку в биофильтр, а не сразу на поле фильтрации.

Биологическая очистка осуществляется через слои природного каменного волокна в виде многоступенчатого процесса. Когда осветленные воды проходят через биофильтр, происходит окисление и превращение в простые соединения сложных органических соединений, которые содержатся в стоках. После прохождения вод через фильтр остается минеральный осадок, который в течение 2-3-х недель заселяют аэробные бактерии, которые, питаясь оставшимися органическими веществами, расщепляют их на воду и углекислый газ. Снизу слои биофильтра вентилируются воздухом, что способствует активизации процессов окисления.

После окончания срока их службы фильтры заменяют новыми, а отработавшие пластины, изготовленные из природного материала, легко утилизировать. В частности, их можно закопать в компостную яму и по прошествии определенного времени употребить в качестве удобрения.

Дополнение биофильтров септиков камерами упрощенной конструкции, в которых низка интенсивность аэрации, заметно повышает степень очистки стоков, но не освобождает от необходимости их последующей обработки. Биофильтры, облегчая работу последующих ступеней, увеличивают срок службы всей системы в целом.

Перед сбросом на естественный рельеф и в природный водоем сточные воды должны быть обеззаражены после их биологической очистки. Кстати, бесполезно производить дезинфекцию до тех пор, пока вода предварительно не очищена. Чаще обеззараживание осуществляется путем хлорирования. Действие хлора тем эффективнее, чем лучше качество предыдущей очистки. Однако при использовании хлора могут образовываться хлорорганические соединения, которые токсичны для фауны и флоры водоприемника. Поэтому многие современные установки для локальной очистки сточных вод снабжены устройствами ультрафиолетового излучения как средствами надежной дезинфекции стоков.