Устройство и оборудование автономной канализации отдельно стоящих загородных домов

Об авторе:

Андрей Анатольевич РатниковАндрей Анатольевич Ратников — инженер-строитель по специальности «водоснабжение и канализация». В 1984 г. окончил МИСИ им. В. В. Куйбышева (МГСУ).

Профессиональную деятельность начинал в качестве инженера-проектировщика в институте «МосводоканалНИИпроект», возглавляемом в тот период профессором П. П. Пальгуновым. Получил дополнительное экологическое образование в Международном независимом эколого-политологическом университете (Академия МНЭПУ) и University of Nebraska-Lincoln, USA, по специальности «экоаудит». С 1997 г. работает в различных проектных, эксплуатационных и контролирующих организациях города Москвы. Руководитель контрольной комиссии, член правления НП «Проектирование инженерных систем зданий и сооружений», автор книги «Автономные системы канализации. Теория и практика» (Москва «АВОК-ПРЕСС», 2008 г.)

Различные инженерные системы современных зданий и сооружений, несмотря на все несходство функций и конструктивных особенностей, следует рассматривать, как единый комплекс, пронизанный множеством связей. Не всегда эти связи так очевидны, как в случае, например, применение для отопления, и для горячего водоснабжения одного и того же котла, при этом сама вода поставляется при помощи водопровода, а после использования попадает в канализацию. Как бы то ни было, только четкое понимание принципов работы каждой инженерной системы объекта позволит сделать его по-настоящему комфортным, безопасным и энергоэффективным. Отдавая себе в этом отчет, журнал «МИР КЛИМАТА» открывает новую рубрику, посвященную различным аспектам создания и эксплуатации инженерных систем загородного дома.

Часть 1: Краткий исторический очерк по истории канализации от древнейших времен до наших дней

История канализационных сооружений насчитывает около 5000 лет. В эпоху неолита в Вавилоне, Месопотамии, Египте и Ассирии из-за засушливого климата люди строили системы каналов для поливного земледелия, часть которых впоследствии переоборудовали и использовали для бытового водоснабжения, а с ростом населения в городах — и как канализацию.

Общественный туалет в древнем Риме
Общественный туалет в древнем Риме
Выход Большой Клоаки (Cloaca Maxima) в Тибр
Выход Большой Клоаки (Cloaca Maxima) в Тибр
Городская канализация большинства областей Древнего Востока представляла собой систему разветвленных каналов, использовавшихся для ирригации и судоходства. При этом сточные воды часто направлялись именно в систему ирригации для полива садов и полей.

Главное достижение римлян в этой области — общественные туалеты, вдохновившие императора Веспасиана на хрестоматийный девиз «деньги не пахнут». Они устраивались над каналом с чистой проточной водой, транспортирующей нечистоты в знаменитую клоаку максима (cloaca maxima) — главный отводной канал, доставлявший сточные воды в Тибр. Со временем стоки настолько загрязнили Тибр, что римляне вынуждены были отводить их для орошения садов и окрестных полей. Построенная же в VII–VI в. до н. э. при пятом царе Луции Тарквинии Приске клоака максима сохранилась до настоящего времени и используется муниципалитетом современного Рима для ливневой канализации.

Великое переселение народов и распространение в Европе христианства, провозглашавшего презрение к роскоши и заботам о чистоте, совершенно отодвинули на задний план необходимость канализационных сооружений. Канализация городов средневековой Европы после падения Рима, вплоть до расцвета промышленного производства уже в Новом времени, была совершенно примитивной. Не было каналов с чистой проточной водой, увлекающей продукты жизнедеятельности в далекое путешествие к полноводным рекам, исчезла традиция общения в общественных туалетах, зато стены домов украсили характерные будочки с дыркой внизу. В городских домах и замках использовались в основном выгребные ямы, причем делали их нередко прямо под домом. Исторические хроники донесли до нас следующий эпизод: в 1183 году в Эрфуртском замке (Германия) пол главного зала проломился, и император Фридрих со своими рыцарями упал прямо в нечистоты. Императора слуги успели вытащить, а вот многие графы и бароны утонули. Говорят, что именно после этого случая аристократические дома массово перешли на описываемые выше будочки в наружных стенах и сливные желоба для жидких нечистот, отводящие стоки либо просто на фасад, либо в крепостной ров. Простые же горожане в массе своей пользовались ночными горшками, опорожняя их из окон прямо на улицу.

Средневековая гравюра
Средневековая гравюра
Туалет средневекового замка (вид изнутри)
Туалет средневекового замка (вид изнутри)
Туалет средневекового замка (вид с фасада)
Туалет средневекового замка (вид с фасада)
В Средние века обеспеченность водой городов Европы, России и других регионов ни в какой степени не могла сравниться с обеспеченностью водой древнего Рима. Централизованные системы водоснабжения отсутствовали. При минимальном потреблении воды не было необходимости и в системах канализации. Сточные воды сливались в ближайший овраг, реку, канаву, а при их отсутствии или удаленности — просто на улицы. В качестве источников водоснабжения использовались открытые водоемы, колодцы и родники. В городские поселения вода доставлялась за плату в ведрах, бочках или цистернах.

Первый проект смывного унитаза принадлежит великому Леонардо да Винчи. Приглашенный ко двору короля Франциска I, он был настолько потрясен парижским зловонием, что спроектировал для своего патрона туалет со смывом. В чертежах великого провидца обозначены и подводящие воду трубы, и отводящая шахта. Увы, идея Леонардо так и осталась на бумаге, а первым создателем прообраза современного унитаза принято считать британского поэта, офицера и мастера на разные выдумки Джона Харрингтона (John Harrington, 1560–1612), построившего для королевы Елизаветы оригинальную «ночную вазу», которую не нужно было регулярно выносить и опорожнять. Она омывалась водой из подключенного сверху бачка. В отличие от древнеримской проточной системы, где вода льется постоянно, смывная конструкция экономит воду, которую во дворце английской королевы приходилось поднимать до покоев ведрами. Однако в королевском дворце не было и канализации, так что снизу под свой унитаз Харрингтону пришлось приделать специальную емкость-накопитель.

Только в XVIII веке с началом строительства водопроводных систем в дома горожан на смену ночным горшкам стали приходить первые сливные унитазы. В 1778 году изобретатель Джозеф Брамах (Joseph Bramah, 1748–1814) придумал унитаз с откидной крышкой, дабы оградить помещение от зловония, распространяющегося из сливной трубы. В XIX веке проблему запахов разрешил Томас Креппер (Thomas Crapper, 1836–1910), изогнув выходную трубу унитаза и создав тем самым водяной затвор, препятствующий выходу неприятных запахов из канализации. Для усиления же напора при смыве Креппер расположил бачок под самым потолком, как это можно видеть у старых советских унитазов.

Развитие водоснабжения и, как следствие, многократно возросший объем сточных вод заставили европейцев проявить интерес к устройству канализации. Сначала, разумеется, сооружали лишь канализационные сети, направлявшие потоки нечистот в реки. Однако сильные эпидемии (холера, чума), опустошавшие Европу, вынудили задуматься и о строительстве очистных сооружений.

Самым первым способом очистки сточных вод в Европе стали забытые на много веков поля орошения, использовавшиеся еще древними народами. Имеются сведения, что уже в 1559 году примитивные поля орошения (в современной терминологии — поля фильтрации) используются в Бунцлау (Германия) и в 1709 году в г. Эдинбурге в Англии, где сточными водами орошался бесплодный песчаный пустырь, превращенный благодаря орошению в плодородный луг. В 1876 г. уже 60 городов Англии применяли поля фильтрации для очистки сточных вод.

Устройство подземных канализационных труб в Петербурге началось в 1770 г., при Екатерине II. Вдоль центральных улиц сооружались кирпичные трубы для стока дождевых вод. В 1834 г. протяженность подземных труб на улицах Петербурга составляла 95 км — вдвое больше, чем в Париже. Однако эта сеть подземных труб не была рассчитана на удаление городских нечистот. Из отхожих мест на черных лестницах и во дворах, из квартирных ватерклозетов экскременты по домовым сточным трубам поступали в выгребные ямы, расположенные в каждом дворе. В конце XIX в. унитазы со сливным бачком были только в половине квартир Петербурга, остальные жители пользовались ночными горшками или уличными «отхожими местами», сооруженными над выгребными ямами. Домовладельцы, чтобы сэкономить на вывозе нечистот, стали подсоединять домовые канализационные трубы к уличным водосточным сетям и спускать туда содержимое выгребных и помойных ям. Реки и каналы, куда все это в итоге попадало, превращались в открытые коллекторы канализации. В 1845 г. вышел закон, запрещающий такие присоединения, однако мало что изменилось.

Проект городской канализации был закончен и утвержден в 1917 г., но тут случилась революция, и вопрос о его реализации надолго стал неактуален, советской же власти в Петрограде в наследство досталось 40 тыс. выгребных ям. Летом 1918 г. в голодающем городе свирепствовали холера, тиф, дизентерия и другие эпидемии. Смертность в 1919 г. составляла 77 человек на 1000 жителей. В первые три года после революции от голода в Петрограде умерли 19,5 тыс. человек. К 1922 г. население уменьшилось более чем втрое по сравнению с 1917 г., в городе осталось всего 700 тыс. человек.

Проект унитаза Леонардо
Проект унитаза Леонардо
Существующая уличная сеть разрушалась. Мостовые над сгнившими канализационными трубами проваливались. К счастью для города, уцелевшие в революцию профессора еще до начала «чисток» успели переработать свои же дореволюционные проекты и возглавить их осуществление. Для сооружения раздельной (для ливневых и для фекальных вод) канализации выбрали Васильевский остров. Проект был утвержден 19 сентября 1925 г. Василеостровская канализация строилась 10 лет.

Лишь к 1930–1931 гг. Ленинград в основном завершил восстановительные работы в своем городском хозяйстве. На тот момент около 530 улиц протяженностью свыше 300 км вовсе не имели никакой канализации — только канавы. В 1940 г. утверждена Генеральная схема канализации Ленинграда, предусматривающая строительство общесплавной системы на основе уже имеющихся в городе сетей. Но планам помешала война, а во время блокады города десятки километров сетей вышли из строя.

Строительство канализации в центральной части города возобновилось после войны и закончилось в конце 60-х годов прошлого века. Проект для северной части города в те годы еще разрабатывался. До конца 70-х годов минувшего века Ленинград не имел очистных сооружений. Неочищенные сточные воды сбрасывались в Неву, канал Грибоедова, Обводный, реки Черную, Ждановку. Загрязнения концентрировались в Невской губе, часть оседала на дно, а часть через Финский залив мигрировала в открытую Балтику. И только в 1978 году на намытом из донного песка острове Белом была запущена в эксплуатацию Центральная станция аэрации мощностью 750 тыс. кубометров сточных вод в сутки, а в 1984 году открыта ее вторая очередь.

Первая подземная канализационная сеть в Москве, транспортирующая стоки от центральной части Кремля в Москву-реку, появилась в 1367 году. Самотечный и Неглинный каналы, предназначенные для отвода поверхностных стоков, появились в 1825 году. До конца XIX века канализационная система для бытовых стоков отсутствовала, нечистоты вывозились на поля конными обозами ассенизаторов-«золотарей». С полуночи до раннего утра эти нехитрые повозки, громыхая, разъезжали по булыжным и ухабистым московским улицам, расплескивая из открытых бочек «благоуханное» содержимое.

В 1874 г. отставной штабс-капитан инженер М. А. Попов впервые поднял вопрос об устройстве в Москве канализации для вывода за город сточных вод и об организации их очистки на специальных полях орошения посредством фильтрации через почву и использовании для удобрения сельскохозяйственных культур.

Люблинские поля орошения
Люблинские поля орошения
В 1885 г. московский инженер В. Д. Кастальский предложил раздельную систему канализации Москвы. В 1887 г. вопрос о строительстве раздельной канализации был внесен в думу, где и получил одобрение. В 1890 году инженерами В. Д. Кастальским, Н. М. Левачевым, П. Л. Николаенко, А. А. Семеновым, В. К. Шпейером, во главе с П. В. Труниным, разработан проект и в 1893 г. начато строительство. К середине 1898 г. уложено 262 км труб канализационной сети, построена главная насосная станция, начался прием сточной воды и ее перекачка на Люблинские поля орошения (фильтрации).

Сразу же после открытия первой очереди канализации начались работы по устройству второй. Проект второй очереди был составлен для всего города — на тот момент границы Москвы очерчивал Камер-Коллежский вал. В 1911 г. приступили к широкомасштабным работам, которые планировалось завершить в 1917 году, но к началу революции к канализационной сети была подсоединена только треть домов в центре города.

Канализация строилась Московской городской управой на принципах самоокупаемости. Средства для содержания канализации и погашения займов на ее строительство получались от домовладельцев. Для этого было два вида сборов: единовременный (за присоединение к сети) и ежегодный (за пользование). Поначалу присоединение домовладений к канализации было добровольным и шло медленно. В 1912 г. по ходатайству городской думы правительство ввело обязательное присоединение.

Гражданская война, голод, холод, эпидемии сыпного тифа и другие бедствия, обрушившиеся на Москву в 1918–1920 гг., разрушили многое в городском хозяйстве. Количество же подлежащих вывозу нечистот достигло одного миллиона бочек. На тот момент две трети домов Москвы продолжали оставаться без канализации. В остальных домах сточная сеть работала с перебоями.

Москва. Строительство канализационного канала
Москва. Строительство канализационного канала
Работы по устройству канализации в Москве
Работы по устройству канализации в Москве
Третья очередь московской канализации строилась за счет золотого займа. В 1923 г. Моссовет отпустил на эти нужды кредит в 550 тыс. золотых рублей. В 1924 г. канализация в основном была закончена в границах Камер-Коллежского вала и даже частью вне их. Созданная сеть обслуживала 1,15 млн человек. Еще через 10 лет — вдвое больше. К концу 30-х годов в канализацию поступало количество сточных вод, по объему почти равное р. Москве. Для очистки такого объема стоков пришлось бы занять полями орошения почти все окрестности города. На смену полям орошения начали строиться первые небольшие станции полной биологической очистки — Кожуховская станция аэрофильтрации, Закрестовская и Филевская станции аэрации.

Опыт, накопленный на этих сооружениях, позволил уже во второй половине 30-х годов приступить к проектированию и строительству крупных станций аэрации. В 1938 году Люблинские поля орошения были перестроены в Люблинскую станцию аэрации, производительность которой составила 500 тыс. куб. м в сутки.

В середине 50-х годов развитие московской канализации шло по пути централизации, заключавшейся в закрытии небольших станций с одновременным формированием двух основных бассейнов канализования — Курьяновского и Люберецкого.

В 1950 году введена в эксплуатацию Курьяновская станция аэрации, проектная производительность которой в 70-х годах достигла 3,125 млн куб. м в сутки, в 1963 году — Люберецкая станция аэрации, суммарная производительность которой в настоящее время составляет 3 млн куб. м в сутки. Зеленоградская станция аэрации мощностью 90 млн куб. м в сутки введена в строй 1962 году.

Значительные объемы сточных вод городов России, как, впрочем, и Европы, практически повсеместно привели к отказу от естественных методов очистки стоков на полях орошения (фильтрации) в пользу технологий очистки стоков в различных искусственных сооружениях, позволяющих значительно сократить потребные для их строительства площади.

Септик «Крот»
Септик «Крот»
В 1883 году в английском графстве Девоншир для предварительной очистки сточных вод города Эксетер (Exeter), направляемых для очистки на фильтры, впервые был применен загниватель (септик, septic-tank, fosses septiques, faulkammer). Опыт оказался удачным, и вскоре для предотвращения быстрого заиления заливных фильтров-окислителей загниватели стали применять достаточно широко. Успех таких сооружений вызвал широкое их применение в различных городах Англии. Затем на смену заливным фильтрам пришли проточные. Достаточно распространены загниватели были и в США. Так, в 1925 году в городах и селениях США насчитывалось около 600 загнивателей и примерно столько же эмшерских колодцев.

Незадолго до применения загнивателей в очистке городских сточных вод они были предложены к использованию вместо выгребов для отдельных домов. Загниватели представляют собой проточные отстойники различных конструкций, в которых выделившиеся осадки вследствие долгого пребывания их в сооружении подвергаются процессам гниения и разложения. Несколько усовершенствованные и уменьшенные в размерах загниватели быстро распространились в Европе и России, где получили название по имени торгового представителя «выгребов Шамбо». По сути, эти проточные мини-загниватели выгребами не являлись, поэтому впоследствии они получили название септиков, по англоязычному названию загнивателя — septic-tank. А сливной ямой (выгребом) Шамбо, или просто Шамбо, стали называть герметичный накопитель. В паре с полями подземной фильтрации септики до настоящего времени широко и успешно используются во всем мире в автономных системах канализации, обслуживающих один или несколько отдельно стоящих загородных домов. В очистке же городских сточных вод септики-загниватели в ХХ веке были вытеснены аэрационными технологиями.

В последние годы наряду с классической технологией очистки сточных вод, более полутора веков массово и успешно использующейся для нужд автономной канализации, в данный сегмент настойчиво проникают и более молодые аэрационные технологии, реализованные в многочисленных мини-аэрационных установках десятков и сотен различных производителей.

Аэрационная установка Топас
Аэрационная установка Топас
С 1 января 2013 г. введены в действие СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения» (актуализированная редакция СНиП 2.04.03–85). В части установления размеров санитарно-защитных зон для сооружений канализации актуализация состоит в исключении всех цифр по размерам СЗЗ для различных очистных сооружений канализации, в том числе и сооружений канализации автономной. Справедливости ради стоит заметить, что вместо цифр появился пункт о том, что санитарно-защитные зоны следует принимать в соответствии с санитарными нормами, однако в этих нормах есть всего одна цифра для полей подземной фильтрации пропускной способностью до 15 м 3 /сут. Практически исключены из СП и нормы по расчету сооружений для очистки сточных вод малой производительности — септиков, фильтрующих сооружений и прочего. Единственное, что осталось, это пара пунктов о том, что применение септиков и естественных методов очистки сточных вод (полей подземной фильтрации, фильтрующих колодцев, траншей и т. п.) при соответствующем обосновании допустимо, а в септиках следует предусматривать устройства для задержания плавающих веществ и естественную вентиляцию.

При таком замечательном подходе к нормированию, когда сами строители исключают из норм практически все, связанное с проектированием и строительством сооружений для очистки бытовых сточных вод малой производительности, как ориентироваться рядовому потребителю в многообразии установок, присутствующих на рынке? Если в ГОСТе 25150–82 «Канализация. Термины и определения» отсутствуют сами термины, относящиеся как к мини-аэрационным установкам, так и к сооружениям очистки в естественных условиях — «подземные поля фильтрации», «фильтрующий колодец», «сооружение почвенной очистки», как можно ожидать от санитарных органов включения в свои документы норм для этих сооружений? Надо радоваться, что в СанПиН еще осталась одна цифра для полей подземной фильтрации одной-единственной производительности, явно, кстати, завышенной, если речь идет об автономной канализации одного загородного дома.

В то же время, по данным Росстата, доля сельских жителей в Российской Федерации составляет 27 % от общей численности населения. При этом в 22 субъектах Российской Федерации более 40 % населения — сельские жители. Если сюда добавить загородные дома и дачи жителей городских, то вне нормативного поля даже рекомендательных строительных норм, не говоря уж об обязательных, оказываются сооружения канализации, используемые более чем третью населения страны.

В сложившихся условиях нормативного вакуума, малодоступности и сложности восприятия специальной технической литературы рядовым потребителем, не имеющим профессиональных познаний в области очистки сточных вод, потребитель лишен объективных критериев выбора и подчас вынужден полагаться исключительно на рекламные материалы производителей. А ведь для любого нормального человека важно не только создать комфорт в собственном загородном доме, иметь там нормальное отопление, кондиционирование, полноценный водопровод и канализацию, но и сохранить природу вокруг своего дома, не загрязнять собственный и соседский колодец или скважину, не губить ближайший водоем или лес.

С целью восполнить данный информационный пробел в устройстве и оборудовании для одной из важнейших инженерных систем загородного дома вниманию читателей журнала предлагается цикл публикаций, вступительной частью к которому является данная статья.

Профессор Одесского политехнического университета, заведующий санитарно-технической секцией исследовательской кафедры инженерных сооружений В. Ф. Иванов почти сто лет назад написал: «При разрешении вопросов об очистке сточных вод не следует применять во что бы ни стало патентованных способов, назойливо выдвигаемых представителями заинтересованных фирм. Подобно тому, как не существует панацеи для всех болезней, так же не существует и одного способа очистки сточных вод, который бы apriori был бы пригоден для любого конкретного случая».

Андрей Ратников, руководитель контрольной комиссии, член правления НП «ИСЗС-Проект»



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест