Удаление сточных вод: лучший способ избавиться от больших количеств

Отчетность и аналитика данных наблюдения за сточными водами

Используйте это руководство для осуществления эпиднадзора за болезнями, связанными со сточными водами. Наблюдение за болезнями, связанными со сточными водами, является быстро развивающейся наукой, и CDC будет продолжать обновлять руководства и информацию по мере их поступления.

Отчетность по данным для общественного здравоохранения

Минимальный набор данных требуется для интерпретации измерений сточных вод SARS-CoV-2 для использования в ответ на COVID-19. Эти данные собираются на нескольких этапах процесса сбора и тестирования образцов.

Станция очистки сточных вод: Информация о зоне обслуживания станции очистки сточных вод, количестве людей, обслуживаемых коммунальным предприятием, и процессах очистки необходима для понимания источника сточных вод.
Отбор проб: Время, дата и место отбора проб, а также тип пробы (самовывозная или смешанная) и скорость потока сточных вод во время отбора проб необходимы для понимания условий отбора проб.
Тестирование: Информация о концентрации образцов, методах экстракции и количественного определения, а также об эффективности извлечения вирусов и измерениях молекулярного ингибирования необходима для сравнения сточных вод, собранных из разных мест и проанализированных в разных испытательных лабораториях.

Средство отслеживания данных COVID от CDC включает данные NWSS CDC для отслеживания уровня SARS-CoV-2 в сточных водах на полигонах по всей стране.

Подача данных в NWSS

Чтобы участвовать в Национальной системе наблюдения за сточными водами (NWSS), очистные сооружения и испытательные лаборатории должны координировать свои действия с департаментом здравоохранения своего штата, чтобы оценить пригодность их площадки для наблюдения за сточными водами. Партнеры NWSS должны иметь возможность собирать данные, необходимые для интерпретации общественного здравоохранения. CDC анализирует данные, переданные в NWSS, и возвращает результаты заинтересованным сторонам с помощью таких продуктов, как отчеты о состоянии и информационные панели для действий в области общественного здравоохранения.

Словари данных

Государственные, племенные, местные или территориальные (STLT) отделы здравоохранения отправляют данные на платформу NWSS DCIPHER, используя стандартный инструмент сбора и формат, указанный в Словаре отчетных данных NWSS, доступном для загрузки ниже в виде файла Excel или в виде 4 файлов CSV (файлы последнее изменение от 18 октября 2022 г.).

Словарь отчетных данных NWSS

Приведенный ниже общедоступный словарь метрических данных (доступен для загрузки в виде файла Excel или 3 файлов CSV) и Общедоступный словарь данных о концентрации (доступен для загрузки в виде файла Excel или 2 файлов CSV) описывает подмножество проанализированных данных о сточных водах, доступных в данных CDC о COVID. Трекер. Файлы словарей данных последний раз изменялись 6 апреля 2022 г.

Общедоступный словарь данных метрик

Общедоступный словарь данных о концентрации

Жизненный цикл данных наблюдения за сточными водами CDC

На этой блок-схеме показано, как работает NWSS. Сточные воды от населенных пунктов собираются системами сточных вод и транспортируются на очистные сооружения. Участвующие коммунальные предприятия собирают образцы неочищенных сточных вод или первичного шлама. Эти образцы отправляются в экологические лаборатории для тестирования на SARS-CoV-2. Данные тестирования вместе с соответствующими метаданными коммунальных услуг передаются в участвующие отделы здравоохранения STLT. Департаменты здравоохранения передают эти данные в CDC через онлайн-портал NWSS DCIPHER. CDC анализирует данные в режиме реального времени и сообщает о результатах в департамент здравоохранения для использования в ответ на COVID-19. CDC также обобщает национальные данные о COVID Data Tracker.

Аналитика данных

Для интерпретации измерений сточных вод, вызванных SARS-CoV-2, измерения на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) должны быть преобразованы в концентрации проб и скорректированы с учетом факторов тестирования и сточных вод, которые могут меняться от образца к образцу в системе сточных вод и между системами сточных вод. Измерения PCR должны быть преобразованы в концентрации сточных вод до подачи данных в NWSS. Восстановление вируса и нормализация кала будут оцениваться аналитическим механизмом NWSS, как описано ниже.

Расчет концентрации пробы

РНК SARS-CoV-2 количественно определяется с использованием технологии ПЦР: количественная ПЦР с обратной транскрипцией (RT-qPCR), цифровая ПЦР с обратной транскрипцией (RT-dPCR) или цифровая ПЦР с обратной транскрипцией (RT-ddPCR). Сотрудники лаборатории должны преобразовывать оценки концентрации, полученные с помощью программного обеспечения ПЦР (в единицах копий на реакцию или копий на реакционный объем), в концентрации вируса на объем неконцентрированных сточных вод или образца ила. Это преобразование учитывает объем матрицы, используемой в ПЦР (и реакцию обратной транскриптазы, если она проводится отдельно), фактор концентрации при экстракции нуклеиновой кислоты и процессы концентрации образца.

Читайте также:

Как вырастить мимозу

Присутствие

Восстановление матрицы

Контроль восстановления матрицы (также называемый контролем процесса) представляет собой вирус, отличный от SARS-CoV-2, добавленный в образец сточных вод в известной концентрации перед обработкой. Этот контроль используется для понимания восстановления вируса, определяемого как количество вируса, потерянного во время обработки образцов, и важен для сравнения концентраций SARS-CoV-2 в сточных водах с течением времени. Оценки восстановления вируса могут быть включены в данные о сточных водах SARS-CoV-2 путем деления измеренной концентрации SARS-CoV-2 на долю извлеченного контрольного восстановления матрицы. Доля восстановленного контроля восстановления матрицы представляет собой количество вируса, отличного от SARS-CoV-2, измеренное после обработки, деленное на количество вируса, отличного от SARS-CoV-2, добавленного в образец перед обработкой.

Нормализация

Чтобы сравнить концентрации вирусов в сточных водах с течением времени, нормализуйте расчетные концентрации вирусов по суточному потоку сточных вод, чтобы учесть изменения в составе сточных вод. Эта нормализация предоставляет данные в единицах копий вирусного гена в день. Чтобы сравнить уровни вируса в разных местах отбора проб, также нормализуйте вирусные концентрации по количеству людей, обслуживаемых канализационной системой, в результате чего количество копий вирусных генов на человека вносится в канализацию в день.

Если ожидается, что количество людей, вносящих вклад в канализацию, изменится в течение периода наблюдения (из-за туризма, поездок в будние дни, временных рабочих и т. д.), нормализация фекалий человека может быть важна для интерпретации концентраций SARS-CoV-2 и сравнения концентраций между пробы сточных вод с течением времени. Целями нормализации фекалий человека являются организмы или соединения, характерные для фекалий человека, которые можно измерить в сточных водах для оценки содержания в них фекалий человека. Хотя консенсусного метода не существует, вы можете нормализовать содержание человеческих фекалий, разделив ненормализованные концентрации сточных вод на концентрации человеческих маркеров, что приведет к безразмерному соотношению. Это соотношение может также учитывать потери вируса в канализационной системе и восстановление вируса в лабораторных условиях.

Аналитика видеонаблюдения

Тенденции

Классификация тенденций сточных вод представляет собой статистический анализ изменений нормированной концентрации SARS-CoV-2 в сточных водах (т. е. не путем качественной визуальной оценки). Тенденции в этих данных о сточных водах можно использовать для оценки тенденций распространения COVID-19 (зарегистрированных и незарегистрированных) в сообществе, вносящем вклад в канализационную систему. Тенденции уровней SARS-CoV-2 в сточных водах не могут быть определены менее чем по трем точкам отбора проб (например, для последовательного еженедельного отбора проб требуются данные за 15 дней для оценки тенденций). Вы можете классифицировать тенденции по категориям на основе продолжительности и направления изменения уровней вируса для интерпретации и использования в здравоохранении.

Расчет тренда: Распределение концентраций SARS-CoV-2 в сточных водах важно учитывать при расчете тенденций уровней вируса. Нормализовать концентрации до расчета тенденций, чтобы учесть изменения в разбавлении сточных вод и различия в относительном поступлении отходов жизнедеятельности человека с течением времени.

Тенденции можно рассчитать с помощью линейной регрессии с минимум тремя измерениями, где наклон описывает тенденцию.
Независимой переменной в регрессии тренда должна быть дата, а не номер измерения, чтобы оценивать изменения за день, а не за измерение.
Поскольку концентрации SARS-CoV-2 в сточных водах, вероятно, имеют нормальное логарифмическое распределение, логарифмически трансформируйте нормализованные концентрации SARS-CoV-2 до расчета тенденций и других статистических данных.
Для тенденций, которые рассчитываются с использованием концентраций, преобразованных в log10, вычислите процентное суточное изменение (PDC) уровней вируса от наклона как PDC = (10 наклон -1) × 100.
Включите пробы сточных вод с уровнями SARS-CoV-2 ниже предела обнаружения в расчет тенденций. Это можно сделать, присвоив образцу значение, равное половине предела обнаружения анализа.

Вариабельность измерения: Для более точной оценки данных о сточных водах расчеты тенденций могут включать изменчивость в каждом измерении SARS-CoV-2 посредством статистического взвешивания с использованием взвешенных регрессий наименьших квадратов, которые могут учитывать изменчивость на этапах отбора проб, обработки и количественного определения.

Классификация трендов: Тенденции можно в общих чертах классифицировать по продолжительности (краткосрочные или устойчивые) и направлению (увеличение, снижение или плато).

Продолжительность: Схемы классификации тенденций зависят от частоты выборки. Например, краткосрочные тенденции сточных вод SARS-CoV-2 можно определить как тенденции, охватывающие менее двух недель, а устойчивые тенденции затем можно определить как тенденции, охватывающие две недели и более. Основываясь на частоте отбора проб сточных вод два раза в неделю, можно рассчитать краткосрочные тенденции по трем пробам, собранным за восьмидневный период, и устойчивые тенденции из пяти проб, отобранных за 15-дневный промежуток времени.
Направление: Вы можете классифицировать тренды нормализованной концентрации SARS-CoV-2 на «рост», «снижение» или «плато», проверяя тренды на статистическую значимость. Статистическая значимость указывает на наличие тенденции к увеличению или уменьшению с учетом изменчивости данных по SARS-CoV-2. Вы также можете использовать порог минимального процентного ежедневного изменения в сочетании со статистической значимостью, чтобы задать направление тренда.

Оценка инфекции

В настоящее время не следует использовать точечные оценки заражения населения, основанные на измерениях сточных вод. Такие оценки сильно зависят от клинических данных, описывающих концентрацию SARS-CoV-2 в фекалиях в течение инфекции и у людей с различной степенью тяжести заболевания, и в настоящее время таких клинических данных немного. По мере появления большего количества клинических данных использование данных о сточных водах SARS-CoV-2 для оценки общего уровня COVID-19 (т. е. симптоматического, бессимптомного, предсимптомного) в сообществе может стать полезным применением надзора за сточными водами.

Удаление сточных вод: лучший способ избавиться от больших объемов

Для химической, фармацевтической, металлургической и других смежных отраслей надлежащая очистка сточных вод имеет первостепенное значение для удаления больших объемов сточных вод. Любой, кто работает в сфере очистки сточных вод, знает, что очистка и утилизация сточных вод – непростая задача. Как очищаются сточные воды и каковы варианты утилизации очищенных сточных вод? Давайте рассмотрим передовые методы удаления сточных вод, начиная с процесса очистки.

Процесс очистки сточных вод

Прежде чем сточные воды можно будет утилизировать, они должны пройти тщательную очистку. Это верно для любого типа сточных вод, включая водоснабжение, используемое в жилых, коммерческих и промышленных условиях. Когда сточные воды собираются через канализацию, они доставляются на заводы для очистки и утилизации. Процесс обработки может сильно различаться в зависимости от отрасли, но два основных этапа включают первичную и вторичную обработку. Эти два этапа можно даже объединить в одну операцию.

Первичная очистка включает удаление твердых частиц из сточных вод. Когда сточные воды поступают на очистные сооружения, они проходят через экран, который улавливает любые крупные предметы, плавающие в воде. Далее вода проходит через песколовку, где на дно оседает гравий и другие мелкие камни. Наконец, как только песок будет удален, более мелкие органические и неорганические вещества, оставшиеся в сточных водах, будут удалены в отстойнике.

Поскольку одной первичной очистки недостаточно, сточные воды также будут подвергаться вторичной очистке, в которой используются биологические процессы для очистки воды. На этом вторичном этапе очистки капельный фильтр и процессы активного ила удаляют почти 85% органических веществ с использованием оставшихся в сточных водах бактерий. По окончании вторичной очистки сточные воды обеззараживаются и готовы к утилизации.

Варианты утилизации больших объемов сточных вод

Куда девается вода после очистки? Это зависит от типа сточных вод и очистных сооружений. Как правило, выделяют три типа методов удаление сточных водсточные воды. Эти методы включают подземный сброс, повторное использование воды и сброс в поверхностные воды.

Отведение поверхностных вод, например, сброс воды в местные пруды, реки или озера строго запрещено федеральными, государственными и местными законами. Тем не менее Национальная система ликвидации выбросов загрязняющих веществ (NPDES) выдает разрешения на сброс поверхностных вод лечение Сточные Воды. В NPDES есть конкретные рекомендации по сбросу сточных вод, включая требования к отчетности и другие правила, которые предотвращают загрязнение воды.

Подземный сброс именно так это и звучит – сточные воды сбрасываются под землю. Этот метод включает сброс сточных вод из септиктенка через трубы поля выщелачивания, которые отводят сточные воды из резервуара в почву. Как только сточные воды выходят из труб поля выщелачивания, они поглощаются почвой и разлагаются естественными бактериями.

Повторное использование воды это процесс регенерации или повторного использования сточных вод для использования в других полезных целях, таких как орошение сельскохозяйственных и ландшафтных работ или пополнение запасов грунтовых вод. Оборотная вода, используемая для этих целей, часто требует меньшей обработки, чем вода, используемая для питья, а небольшое количество загрязняющих веществ, остающихся в сточных водах, безвредно ассимилируется в структуру почвы. Повторное использование воды является экономичным и экологически безопасным способом повторного использования очищенных сточных вод.

Решения по утилизации сточных вод

В Lechler мы понимаем важность обеспечения безопасности воды, используя лучшие методы очистки и удаления больших объемов сточных вод. Отрасль очистки сточных вод продолжает развиваться, и компания Lechler находится на переднем крае создания долговечной продукции, отвечающей конкретным отраслевым потребностям. Узнайте больше о наших специальные продукты разработан, чтобы изменить лицо отрасли очистки сточных вод.

Бюллетени

По текущим оценкам, в 76 году 2050% энергии в США будет поступать из ископаемого топлива, что в значительной степени противоречит целям МГЭИК по сокращению выбросов углерода.

Информационный бюллетень по очистке сточных вод США

Модели использования

В течение многих лет люди очищали сточные воды, чтобы защитить здоровье людей и окружающую среду от болезней, передающихся через воду. С начала 1970-х годов качество сточных вод на государственных очистных сооружениях (POTW) и других точечных источниках было улучшено за счет крупных государственных и частных инвестиций, предусмотренных Законом о чистой воде (CWA). Несмотря на улучшение качества сточных вод, сбросы из точечных источников продолжают вносить значительный вклад в ухудшение качества поверхностных вод. Кроме того, большая часть существующей инфраструктуры сточных вод, включая системы сбора, очистные сооружения и оборудование, пришли в негодность и нуждаются в ремонте или замене.

Загрязнение и воздействие

Загрязняющие вещества загрязняют поступающую воду многими путями: точечными источниками, неточечными источниками (например, атмосферные выпадения, сельское хозяйство), сливами бытовых канализационных стоков, ливневыми стоками, комбинированными сливами канализационных стоков и гидрологическими модификациями (например, канализация и дноуглубительные работы).
В США 58% миль рек и ручьев, 40% акров озер, 17% квадратных миль эстуариев и 23% миль береговой линии Великих озер, которые были оценены Агентством по охране окружающей среды США, имеют избыток питательных веществ. 2
Избыток питательных веществ может поступать из сельского хозяйства, городских стоков и очистки сточных вод и вызывать проблемы с качеством воды, такие как цветение водорослей и гибель рыбы. 2
Более 16% домохозяйств не обслуживаются общественной канализацией и обычно используют септики для очистки и удаления сточных вод. 3 Неисправные септические системы могут загрязнять поверхностные и грунтовые воды. 4

Процесс очистки сточных вод 1

Очистка муниципальных сточных вод

По оценкам, 14,748 238 POTW предоставляют услуги по сбору, очистке и удалению сточных вод более чем 6 миллионам человек. 7 Использование регенерированной воды для потребления становится все более распространенным явлением, особенно в регионах, подверженных засухе или с растущим спросом на воду (например, на юго-западе США). XNUMX
В 2015 году Калифорния перерабатывала около 714,000 1.5 акров-футов воды в год (акр-футов в год). Компания поставила перед собой амбициозные цели по увеличению рециркуляции воды: к 2020 г. будет перерабатываться не менее 2.5 млн а2030-футов в год, а к 8 г. — XNUMX млн аXNUMX-футов в годXNUMX.
POTW ежегодно производят более 13.8 миллионов тонн (сухой вес) шлама. 9 Для обработки шлама требуется значительное количество энергии — около одной трети всего электричества, потребляемого системой очистки сточных вод. 10
В США хлорирование является наиболее распространенным средством дезинфекции. За хлорированием может следовать дехлорирование, чтобы избежать ухудшения экологического состояния принимающего потока и образования канцерогенных побочных продуктов. 11
Ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция является альтернативой хлорированию, при которой в воду не добавляются химические вещества. Однако этот метод может иметь более высокие эксплуатационные, энергетические и капитальные затраты. 12
Химические добавки солей трехвалентного железа и извести усиливают процессы коагуляции и осаждения для улучшения удаления твердых частиц, а также удаления токсичных загрязнителей. Однако их производство и транспортировка влияют на жизненный цикл. 13
Классы нерегулируемых соединений, известных как «загрязняющие вещества, вызывающие озабоченность» (CEC), вызывают озабоченность у инженеров по очистке воды, особенно в фармацевтических препаратах и средствах личной гигиены. 14 Полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ) и пер- и полифторалкильные вещества (ПФАВ) стали КЭК из-за их широкого распространения и стойкости в окружающей среде. 15 Некоторые из этих химических веществ являются эндокринными разрушителями, классом соединений, которые изменяют нормальное функционирование эндокринной системы, включая те, которые влияют на рост и размножение. 16 Многие из этих химических веществ не удаляются POTW. 17

Твердые биологические вещества (шлам)

Квалифицированные твердые биологические вещества можно с пользой использовать после «стабилизации», которая убивает патогены и разлагает вещества, привлекательные для переносчиков. 18
Практика управления в США составляет 54% использования твердых биологических веществ с пользой. Большая часть применяется к сельскохозяйственным угодьям, а небольшие количества применяются к лесным хозяйствам и мелиоративным участкам (например, суперфонд и заброшенные земли) и городским районам (например, содержание парковых земель). 19

Использование и утилизация твердых биологических веществ 5

*(например, обработанные для использования в садоводстве)

Воздействие на жизненный цикл

Системы очистки сточных вод снижают воздействие на окружающую среду в принимающей воде, но создают другие воздействия на протяжении жизненного цикла, в основном за счет потребления энергии. Выбросы парниковых газов (ПГ) связаны как с энергией и химическими веществами, используемыми при очистке сточных вод, так и с разложением органических материалов в POTW.

Потребление электроэнергии и выбросы

Около 2% потребляемой в США электроэнергии идет на перекачку и очистку воды и сточных вод. 10
В 2013 году выбросы, связанные с энергетикой, в результате операций POTW, за исключением разложения органического ила, составили 15.5 тераграммов (Тг) CO.₂-эквиваленты (CO₂д), 22.3 гигаграмм (Гг) SO₂и 12.7 Гг NOx. ТАК₂ и нет_x способствуют закислению и эвтрофикации. 10,20
CH₄ и н₂O выбрасывается при разложении органического ила аэробными и анаэробными бактериями в POTW и принимающем водоеме. В 2020 году, по оценкам, 18.3 и 23.5 млн т CO₂е CH₄ и н₂O, соответственно, образовался в результате разложения органического ила в системах очистки сточных вод, что составляет около 0.6% от общего объема выбросов парниковых газов в США. 21

Влияние жизненного цикла систем очистки сточных вод 1

Социальные и экономические последствия

Рост населения и разрастание городов увеличивают необходимую инфраструктуру сбора (канализаций).
Хотя срок службы канализационной системы (50 лет) больше, чем у очистного оборудования (от 15 до 20 лет), ремонт канализационной системы может быть более дорогостоящим. Согласно анализу EPA, если 600,000 44 миль существующих канализационных систем не будут отремонтированы, количество изношенных труб увеличится до 2020% от общей сети к 22 г. 2012 В 102.0 г. расходы США на строительство новых и модернизацию существующих ремонт и новые трубы, а также комбинированные исправления переполнения канализации составили 95.7, 48.0 и 6 миллиардов долларов США соответственно. XNUMX

Решения и устойчивые альтернативы

Административная стратегия

Инвестиции в системы очистки сточных вод переходят от проектов нового строительства к поддержанию первоначальной мощности и функционирования объектов (управление активами). Стоимость жизненного цикла должна быть встроена в бюджет капиталовложений, а программы по комбинированному переливу канализационных стоков, переливу бытовых канализационных стоков и управлению ливневыми стоками должны быть постоянными. 24
Чтобы соответствовать стандартам качества окружающей воды, можно разработать общие максимальные суточные нагрузки (TMDL) с учетом нагрузок загрязняющих веществ как из точечных, так и из неточечных источников. Ожидается, что управление чистой водой на основе водоразделов или водоемов будет способствовать установлению этих TMDL. 25

Уменьшить нагрузку

Примеры проектов по сокращению или отводу стока сточных вод включают в себя отключение бытовой канализации дождевой воды от канализации, установку зеленых крыш и замену непроницаемых поверхностей пористым покрытием, канавами или французскими водостоками.
На туалеты, душевые и смесители приходится 64% всего потребления воды внутри помещений. Установите высокоэффективные туалеты, биотуалеты, душевые насадки с низким расходом, аэраторы для кранов и дождевые бочки. Исследование, проведенное в 2016 году, показало, что с 22 года использование водосберегающих приборов способствовало снижению потребления воды в домашних хозяйствах на 1999 %26.
Серая вода — промывочная вода из кухонных раковин, ванн и душевых, стиральных машин и ванн для стирки — может использоваться для садоводства, ухода за газонами, ландшафтного дизайна и других целей. 27

Зеленая крыша мэрии, Чикаго, Иллинойс 23

Технологические усовершенствования и дизайн системы

Процесс аэрации, который способствует микробной деградации органических веществ, может составлять от 25% до 60% энергии, используемой на очистных сооружениях. Гибкие конструкции позволяют системе удовлетворять потребность в кислороде, поскольку она колеблется в зависимости от времени суток и сезона. 28
Насосные системы, обычно потребляющие 10-15% энергии на очистных сооружениях, могут привести к неэффективному потреблению энергии, если насосы, регуляторы расхода и двигатели не соответствуют потребностям очистных сооружений. 10
Ряд очистных сооружений рассматривают возможность использования метана, образующегося в результате анаэробного сбраживания твердых биологических веществ, в качестве источника энергии. 10
Повторное использование воды может значительно снизить энергопотребление системы и снизить нагрузку биогенными веществами на водоемы. 29
Крупномасштабное отведение мочи может снизить питательную нагрузку на очистные сооружения и привести к сокращению выбросов парниковых газов на 47% и энергопотребления на 41%. 30

Центр устойчивых систем Мичиганского университета. 2021. «Информационный бюллетень по очистке сточных вод в США». Паб. № CSS04-14.