ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЛОКАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ЗАСТРОЙКИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются современные подходы к проектированию локальных очистных сооружений в условиях плотной городской застройки, где традиционные решения оказываются невозможными из-за ограниченности пространства. Актуальность работы определяется ростом городского населения, повышением требований к экологической безопасности, необходимостью улучшения качества водных ресурсов в густонаселенных районах. Цель работы заключается в анализе существующих решений, методов проектирования очистных систем для мегаполисов, а также их адаптация под условия городской среды

Методологический подход включает системный анализ, сравнение эффективности различных методов очистки сточных вод в условиях плотной застройки.

Результаты работы показали, что использование современных компактных очистных систем, например, биореакторов или фильтров с растительным компонентом, позволяет значительно повысить степень очистки сточных вод при минимальных требованиях к площади. Применение таких систем способствует снижению эксплуатационных расходов, позволяет интегрировать очистные сооружения в существующие городские структуры, не требуя больших земельных участков.

Статья будет полезна специалистам в области водоснабжения, водоотведения, проектировщикам, экологам, работающим с улучшением качества водных ресурсов в условиях урбанизации. Она также окажет помощь муниципальным властям, городским планировщикам, принимающим решения по строительству и модернизации очистных сооружений в густонаселенных районах.

Выводы работы подтверждают, что спроектированные локальные очистные сооружения обеспечивают эффективность очистки, способствуют сохранению экологического равновесия в условиях интенсивной городской застройки.

ABSTRACT

The article discusses modern approaches to the design of local wastewater treatment plants in dense urban areas, where traditional solutions are impossible due to limited space. The relevance of the work is determined by the growth of the urban population, increasing environmental safety requirements, and the need to improve the quality of water resources in densely populated areas. The purpose of the work is to analyze existing solutions, methods of designing wastewater treatment systems for megacities, as well as their adaptation to the conditions of the urban environment.

The methodological approach includes a system analysis and a comparison of the effectiveness of various wastewater treatment methods in densely populated areas.

The results of the work have shown that the use of modern compact wastewater treatment systems, for example, bioreactors or filters with a plant component, can significantly increase the degree of wastewater treatment with minimal area requirements. The use of such systems helps to reduce operating costs and allows for the integration of wastewater treatment plants into existing urban structures without requiring large plots of land.

The article will be useful to specialists in the field of water supply, sanitation, designers, environmentalists working to improve the quality of water resources in an urban environment. She will also assist municipal authorities and city planners who make decisions on the construction and modernization of wastewater treatment plants in densely populated areas.

The conclusions of the work confirm that the designed local sewage treatment plants ensure the efficiency of purification and contribute to the preservation of ecological balance in conditions of intensive urban development.

Ключевые слова: локальные очистные сооружения, плотная застройка, технологии очистки сточных вод, биореакторы, искусственные wetlands, экологическая безопасность, городская инфраструктура.

Keywords: local sewage treatment plants, dense buildings, wastewater treatment technologies, bioreactors, artificial wetlands, environmental safety, urban infrastructure.

Введение

Стремительный рост урбанизации, увеличение плотности застройки в крупных городах требуют решения задачи эффективного водоотведения, очистки сточных вод. Традиционные системы очистки, рассчитанные на крупные объекты, имеют ограничения, связанные с дефицитом территории, необходимостью минимизации воздействия на экосистему в условиях плотной городской застройки. Проектирование локальных очистных сооружений, способных интегрироваться в ограниченные урбанистические пространства, является важной задачей.

Требования к водоснабжению, водоотведению предполагают применение инновационных методов очистки сточных вод, которые эффективно функционируют в условиях ограниченности пространства, соблюдают экологические стандарты. Для густо застроенных районов особое внимание уделяется маломасштабным системам очистки, которые обеспечивают высокий уровень очистки при минимальных затратах на эксплуатацию, обслуживающий персонал. Разработка таких технологий требует тщательного выбора решений, соответствующих техническим, экономическим критериям.

На фоне изменения климата, увеличения антропогенного воздействия на природу становится очевидной необходимость устойчивых, экологически безопасных решений в сфере очистки сточных вод. Оптимизация проектирования локальных очистных сооружений в городской среде требует учета плотности застройки, технических возможностей, влияния на водные ресурсы.

Цель статьи — анализ методов проектирования локальных очистных сооружений для густонаселенных районов, оценка их достоинств, недостатков, предложение решений, отвечающих требованиям современной городской инфраструктуры.

Материалы и методы

Статья Schellenberg T. et al. [1] исследует проектирование очистных систем, учитывающее процесс урбанизации, а также необходимость применения полицентрических подходов. Авторы утверждают, что для повышения устойчивости городской инфраструктуры необходимы системы, использующие природные процессы, например биологическую очистку, а также активность местных сообществ для улучшения качества водных ресурсов. Такой подход актуален для городов с высокой плотностью застройки, где классические инженерные решения часто не эффективны.

В статье      Hoxha V., Jano A., Vaso K. [2] рассматриваются способы очистки сточных вод в условиях урбанизации, при которых создаются системы, генерирующие «зеленую» энергию и обеспечивающие города дополнительными источниками воды. В крупных мегаполисах, где дефицит водных ресурсов и потребность в энергии становятся проблемой, такие решения представляют собой необходимый элемент городской инфраструктуры.

Статья авторов Комиссарова Е. В., Калашников Д. В., Кудряшова Т. В. [3] затрагивает ключевые аспекты ландшафтной архитектуры, подчеркивая важность интеграции природы в городскую среду. Авторы указывают на необходимость сочетания экологической устойчивости, социальной значимости, а также рационального использования природных ресурсов при проектировании городских ландшафтов.

Тема экологической безопасности и архитектурно-конструктивных решений для устойчивости городской территории также является важным аспектом. Тунакова Ю. А. и др. [4] рассматривают вопросы, касающиеся применения архитектурных решений для обеспечения экологической безопасности, что напрямую связано с эффективностью очистных сооружений. В условиях плотной застройки внимание уделяется не только техническим, но и архитектурным аспектам, которые помогают интегрировать очистные сооружения в городскую среду без ущерба для ее визуальной привлекательности.

Бобылев С. Н. и др. [6] подчеркивают значимость «зеленых» инфраструктур в городах, которые способствуют улучшению качества водных ресурсов и восстановлению экосистем. Зеленая инфраструктура служит дополнением к традиционным очистным сооружениям, расширяя возможности управления водными ресурсами и улучшая условия городской среды.

Середа Т., Костарев С. [5] в своей статье рассматривают системный подход к проектированию инженерных сооружений для полигонов твердых коммунальных отходов, что важно для комплексного подхода к экологической безопасности в условиях городов. Важно учитывать, как взаимодействие различных компонентов инфраструктуры влияет на общий баланс экологических и экономических факторов.

Таким образом, несмотря на разнообразие подходов к проектированию очистных сооружений, вопросы интеграции экологических, технических и социально-экономических факторов, а также долгосрочная экономическая эффективность природоориентированных решений нуждаются в более глубоком исследовании и комплексном анализе.

Методологический подход включает системный анализ, сравнение эффективности различных методов очистки сточных вод в условиях плотной застройки.

Результаты и обсуждения

Задача очистки сточных вод в городах с высокой степенью урбанизации требует пересмотра существующих методов проектирования и эксплуатации очистных сооружений. Плотная застройка, ограниченность земельных ресурсов, высокая степень нагрузки на экологические системы предъявляют к инженерным решениям требования, которые должны быть не только обоснованными, но и нестандартными. Локальные очистные сооружения, предназначенные для очистки сточных вод на уровне отдельных объектов или небольших жилых комплексов, являются важной частью городской инфраструктуры. Эти системы должны быть функциональными, компактными, интегрированными в действующие сети, минимизировать воздействие на окружающую среду [3, 4]. Ниже в таблице 1 будут описаны принципы подходов к проектированию локальных очистных сооружений.

Таблица 1.

Принципы подходов к проектированию локальных очистных сооружений[3, 4]

В свою очередь, проектирование очистных сооружений в условиях мегаполисов сталкивается с рядом факторов, ограничивающих выбор решений. Одним из таких факторов является дефицит свободной территории, что требует поиска оптимальных решений, сочетающих компактность с эффективностью. При этом необходимо учитывать не только характеристики системы, но и ее совместимость с существующими инженерными сетями, такими как водоотведение, водоснабжение, а также эксплуатационные и экономические параметры.

Стоит уделить внимание установке оборудования в ограниченных пространствах. Пространственные ограничения накладывают жесткие требования к размерам и типам используемых конструкций. Для достижения нужного уровня очистки очистные сооружения должны сочетать несколько технологических процессов в одном устройстве, при этом их габариты должны оставаться минимальными. В этом контексте востребованы системы, способные эффективно сочетать механическую, биологическую, химическую очистку, обладая высокой функциональностью.

Для очищения сточных вод в условиях плотной городской застройки требуется точная настройка технологических процессов. Разнообразие загрязнителей, поступающих в систему, от бытовых до промышленных, требует выбора таких методов очистки, которые обеспечат нужный результат при ограниченном объеме воды [1, 2, 5]. Ниже на рисунке 1 будут отражены методы очистки сточных вод.

Рисунок 1. Методы очистки сточных вод [1, 2, 5]

Механическая очистка, включающая фильтрацию, отстаивание и первичную очистку, является важным этапом, но недостаточным для полной очистки. В городских условиях используются компактные решетчатые фильтры и отстойники с высокоэффективными системами удаления твердых частиц. Эти системы позволяют эффективно удалять крупные загрязнители, но не решают проблему растворенных веществ, органических соединений и химических загрязнителей. В некоторых случаях применяются системы рециркуляции осадков, что позволяет снизить объем отходов и повысить производительность.

Биологическая очистка — это второй этап, который определяет уровень очистки воды. В условиях плотной застройки для локальных очистных сооружений важны компактность системы, возможность работы в ограниченных пространствах, а также эффективность при минимальных энергозатратах. Одним из подходящих решений являются биореакторы. Эти системы совмещают биологическое окисление с использованием фильтров с растительными компонентами основывается на сочетании биологических и физико-химических процессов, что позволяет обеспечить нужное качество очистки при небольших размерах оборудования. Биореакторы зачастую используют микроорганизмы для разложения органических загрязнителей, преобразуя их в менее вредные вещества, а фильтры с растительным компонентом обеспечивают дополнительную очистку за счет корневых систем растений, которые поглощают загрязняющие вещества. Такой подход обеспечит стабильность работы системы, что критически важно при изменяющемся потоке сточных вод. Также интересным представляется рассмотрение.

Также, стоит рассмотреть методы очистки сточных вод, в которых используются компактные биологические установки, основанные на использовании искусственных водно-болотных угодий, представляющие собой эффективные технологии. Они применяют активные микроорганизмы для разрушения органических загрязнителей в сточных водах, что позволяет достигать высокой степени очистки при минимальных пространствах. В свою очередь, системы, основанные на искусственных водно-болотных угодьях, используют сочетание растительности, микроорганизмов, а также осадочных процессов для фильтрации загрязняющих веществ, очищая воду.

Химическая очистка используется для удаления специфических загрязнителей, таких как тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные вещества. В этих системах применяются реагенты для коагуляции и флотации, активированный уголь или системы ионного обмена. Однако химическая очистка требует точного расчета дозировок, поскольку избыточное количество реагента может вызвать образование токсичных соединений или других нежелательных эффектов.

Проектирование локальных очистных сооружений в условиях плотной городской застройки должно учитывать необходимость интеграции очистных систем в существующую инфраструктуру. Задача состоит в том, чтобы разместить очистные установки так, чтобы они не нарушали работу других инженерных систем.

Одним из решений для ограниченных городских площадей являются подземные установки. Эти системы могут быть размещены в подвалах зданий, на подземных паркингах или в других труднодоступных пространствах. Такой подход позволяет эффективно использовать имеющиеся площади, не нарушая городской ландшафт. Модульные подземные комплексы с автоматизированным контролем обеспечивают высокую степень очистки и не требуют значительных затрат на инфраструктуру [1, 3].

Для повышения производительности многие проектировщики предпочитают горизонтальные или вертикальные установки, которые могут быть интегрированы в городские здания. Например, установка фильтров и биореакторов на крышах или в подземных этажах многоквартирных комплексов улучшит качество очистки и снизит нагрузку на центральные очистные системы города.

Автоматизация и мониторинг — часть проектирования локальных очистных сооружений. Системы управления позволяют дистанционно контролировать параметры работы очистных установок, регулировать потребление энергии, адаптироваться к изменениям состава сточных вод. В условиях городской среды, где колебания объема и качества сточных вод могут быть значительными, постоянный мониторинг необходим.

Использование датчиков для контроля качества воды и интеграция систем управления водоснабжением помогает снизить эксплуатационные расходы, уменьшить вмешательство обслуживающего персонала и повысить устойчивость системы к внешним воздействиям.

Проектирование локальных очистных сооружений в урбанизированных районах должно учитывать экологические факторы. В таких условиях, где любая утечка загрязняющих веществ может иметь серьезные последствия, важно предусматривать защиту от загрязнения грунтовых вод, герметизацию системы и фильтрацию вредных газов и запахов, возникающих на этапах очистки. Также следует позаботиться о шумопоглощении, чтобы обеспечить комфорт горожан.

Кроме того, локальные очистные сооружения должны быть частью комплексной стратегии управления водными ресурсами города. Внедрение систем повторного использования очищенной воды для нужд полива, санитарных нужд или охлаждения позволит снизить общий расход воды в городе и повысить устойчивость водоснабжения [1, 2, 6]. Ниже в таблице 2 будут описаны преимущества и недостатки подходов к проектированию локальных очистных сооружений в условиях плотной застройки.

Таблица 2.

Преимущества и недостатки подходов к проектированию локальных очистных сооружений в условиях плотной застройки (составлено автором )

Таким образом, проектирование локальных очистных сооружений в условиях плотной застройки требует комплексного подхода, включающего использование эффективных технологий очистки, оптимизацию конструктивных решений и интеграцию с городской инфраструктурой. Развитие технологий, таких как мембранные биореакторы и автоматизированные системы контроля, открывает возможности для создания устойчивых и эффективных очистных систем. Это способствует улучшению качества воды, снижению воздействия на окружающую среду, повышению качества жизни в городах.

Заключение

Резюмируя, было установлено, что проектирование локальных очистных сооружений в условиях плотной городской застройки требует комплексного подхода, учитывающего технические, экологические аспекты. Современные методы очистки сточных вод, такие как компактные биологические установки, системы, основанные на использовании искусственных водно-болотных угодьях,интегрированных технологий, обеспечивают высокий уровень очистки при минимальных требованиях к площади. Эти системы эффективно решают задачу водоотведения в условиях ограниченного пространства, что важно для густонаселенных урбанистических районов.

Кроме того, выбор типа очистных сооружений зависит от множества факторов, включая состав сточных вод, особенности местной инфраструктуры, требования к экосистемам. Внедрение инновационных технологий в проектирование локальных очистных систем повышает эксплуатационную эффективность, снижает расходы на обслуживание, улучшает качество водных ресурсов, снижает нагрузку на традиционные очистные станции.

Список литературы:

1. Schellenberg T. et al. Wastewater discharge standards in the evolving context of urban sustainability–The case of India //Frontiers in Environmental Science. – 2020. – Т. 8. – С. 30.
2. Hoxha V., Jano A., Vaso K. Determination of different forms of phosphorus in waters of the wastewater treatment plant in kavaja, before and after treatment // International Journal of Natural and Engineering Sciences. – 2022. – Vol. 16 (3). С.107-114.
3. Комиссарова Е. В., Калашников Д. В., Кудряшова Т. В. Вестник ландшафтной архитектуры //Вестник ландшафтной архитектуры Учредители: Довганюк Александр Иванович. – №. 32. – С. 61-64.
4. Тунакова Ю. А. и др. Использование архитектурно-конструктивных решений для обеспечения экологической безопасности территорий городов //Химия и инженерная экология-XXI. – 2021. – С. 266-271.
5. Середа Т., Костарев С. Системный подход к проектированию и строительству инженерных сооружений полигонов твердых коммунальных отходов. – Litres, 2022.
6. Бобылев С. Н. и др. Развитие «зеленой» инфраструктуры в городах //Научные исследования экономического факультета. – 2022. – Т. 14. – №. 3 (45). – С. 48-61.