astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2025-1-67-80QMMCRAast-7Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONРеагентная очистка бытовых сточных вод от ионов аммония в условиях арктической децентрализации поселенийReagent-based treatment of domestic wastewater for ammonium removal in decentralized Arctic settlementshttps://orcid.org/0000-0001-7097-1775ФугаеваА. М.FugaevaA. M.

Фугаева Анастасия Михайловна, ассистент кафедры инженерных систем и сооружений

Тюмень

Anastasiia M. Fugaeva, Assistant in the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

https://orcid.org/0000-0003-2232-1107ВялковаЕ. И.VialkovaE. I.

Вялкова Елена Игоревна, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры инженерных систем и сооружений

Тюмень

 

Elena I. Vialkova, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor in the Department of Engineering Systems and Structures

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202528032025516780Copyright © Фугаева А.М., Вялкова Е.И., 20252025Фугаева А.М., Вялкова Е.И.Fugaeva A.M., Vialkova E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/7

Децентрализованные арктические поселки повсеместно оборудуются современными системами водоснабжения, но при этом все чаще сталкиваются с проблемой сбора и очистки бытовых сточных вод. В исследовании рассматривались методы физико-химической обработки бытовых сточных вод, схожих по составу со стоками малых северных населенных пунктов, с целью замены этапа биологической очистки, малоэффективной в отношении органических веществ. В лабораторных условиях была проведена очистка образцов сточных вод нормальной (18–22 °С) и экстремальной (3–6 °С) температур по разным технологическим схемам. В результате авторами предложена наиболее эффективная технологическая схема очистки бытовых сточных вод удаленных арктических поселений, которая предусматривает следующие этапы: преаэрацию, отстаивание взвеси с коагуляцией и флокуляцией, химическое окисление и осаждение струвита, механическое и сорбционное фильтрование. Выяснилось, что данная технология мало зависит от температуры воды и пригодна для бытовых сточных вод с температурой от 3 до 22 °С. Использование данной схемы позволило на 96.5 % снизить концентрацию ионов аммония, на 98 % – взвешенных веществ, на 91 % – ХПК. Предложенная схема очистки бытовых сточных вод позволит упростить эксплуатацию станций в сложных арктических условиях, а также сделает возможной их работу в автоматическом режиме.

Decentralized Arctic settlements are equipped with modern water supply systems, yet they increasingly face the challenge of collecting and treating domestic wastewater. The study examined physical and chemical methods for treating domestic wastewater, similar in composition to wastewater from small northern settlements, with the goal of replacing the often inefficient biological treatment step, especially for organic substances. Wastewater samples at normal (18–22 °С) and extreme (3–6 °С) temperatures were treated in the laboratory using various technological schemes. As a result, the authors propose the most effective technological scheme for treating domestic wastewater in remote Arctic settlements, which includes the following stages: pre-aeration, sedimentation with coagulation and flocculation, chemical oxidation and struvite precipitation, and mechanical and sorption filtration. It was found that this technology is largely independent of water temperature and suitable for domestic wastewater with temperatures ranging from 3 to 22 °С. The implementation of this scheme reduced the concentration of ammonium ions by 96.5 %, suspended solids by 98 %, and chemical oxygen demand by 91 %. The proposed wastewater treatment scheme will simplify the operation of treatment plants in challenging Arctic conditions and enable their operation in automatic mode.

арктические поселениябытовые сточные водыионы аммониястанция физико-химической очисткиArctic settlementsdomestic wastewaterammonium ionsphysical and chemical treatment stationReferencesВялкова Е. И., Максимова С. В., Землянова М. В., Воротникова А. В., Максимов Л. И. Водоотведение объектов инфраструктуры нефтегазовых месторождений Западной Сибири. Тюмень: Тюменский индустриальный университет; 2017. 175 с.Vialkova E. I., Maksimova S. V., Zemlyanova M. V., Vorotnikova A. V., Maksimov L. I. Drainage of infrastructure facilities of oil and gas fields in Western Siberia. Tyumen: Industrial University of Tyumen; 2017. (In Russ.)Руфова А. А., Татаринова А. В. Антропогенное влияние на гидрохимическое и гидробиологическое состояние поверхностных вод северных городов (на примере г. Якутска). Современные проблемы науки и образования. 2015;(4):503. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20468.Rufova A. A., Tatarinova A. V. Anthropogenous influence on the hydrochemical and hydrobiological condition of the surface water of the northern cities (on the example of Yakutsk). Modern problems of science and education. 2015;(4):503. (In Russ.) URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20468.Фугаева А. М., Воронов А. А., Вялкова Е. И. Очистка бытовых сточных вод малых населенных пунктов. В сб.: Современные проблемы земельно-имущественных отношений, урбанизации территории и формирования комфортной городской среды: сборник докладов Международной научно-практической конференции, Тюмень, 2023. Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2023. С. 443–450. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=55923907.Fugaeva A. M.,Voronov A. A.,Vialkova E. I. Purification of domestic wastewater fromsmall settlements. In: Sovremennyye problemy zemel'no-imushchestvennykh otnosheniy, urbanizatsii territorii i formirovaniya komfortnoy gorodskoy sredy: sbornik dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Tyumen, 2023 = Modern problems of land and property relations, urbanization of the territory and the formation of a comfortable urban environment: Collection of reports of the International Scientific and Practical Conference, Tyumen, 2023. Tyumen: Industrial University of Tyumen; 2023. P. 443–450. (In Russ.) URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=55923907.Lobanov S. A., Poilov V. Z. Treatment of wastewater to remove ammonium ions by precipitation. Russian Journal of Applied Chemistry. 2006;79(9):1473–1477. https://doi.org/10.1134/S1070427206090151Lobanov S. A., Poilov V. Z. Treatment of wastewater to remove ammonium ions by precipitation. Russian Journal of Applied Chemistry. 2006;79(9):1473–1477. https://doi.org/10.1134/S1070427206090151Mitani Y., Sakai Y., Mishina F., Ishiduka S. Struvite recovery from wastewater having low phosphate concentration. Journal of Water and Environment Technology. 2003;1(1):13–18. https://doi.org/10.2965/jwet.2003.13Mitani Y., Sakai Y., Mishina F., Ishiduka S. Struvite recovery from wastewater having low phosphate concentration. Journal of Water and Environment Technology. 2003;1(1):13–18. https://doi.org/10.2965/jwet.2003.13Sea Y. F., Chua A. S. M., Ngoh G. Ch., Rabuni M. F. Integrated struvite precipitation and fenton oxidation for nutrient recovery and refractory organic removal in palm oil mill effluent. Water. 2024;16(13):1788. https://doi.org/10.3390/w16131788Sea Y. F., Chua A. S. M., Ngoh G. Ch., Rabuni M. F. Integrated struvite precipitation and fenton oxidation for nutrient recovery and refractory organic removal in palm oil mill effluent. Water. 2024;16(13):1788. https://doi.org/10.3390/ w16131788Glushchenko E., Vialkova E., Sidorenko O., Fugaeva A. Physical-chemical wastewater treatment in Arctic conditions. E3S Web of Conferences. 2020;157:02014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015702014Glushchenko E., Vialkova E., Sidorenko O., Fugaeva A. Physical-chemical wastewater treatment in Arctic conditions. E3S Web of Conferences. 2020;157:02014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015702014Hendriksen K., Hoffmann B. Greenlandic water and sanitation systems – identifying system constellation and challenges. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25(33):32964–32974. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9556-6Hendriksen K., Hoffmann B. Greenlandic water and sanitation systems – identifying system constellation and challenges. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25(33):32964–32974. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9556-6Мочалов И. П. Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных мест (в условиях Крайнего Севера). 2-е изд., доп. и перераб. Москва: ДАР/ВОДГЕО; 2016. 466 с.Mochalov I. P. Wastewater treatment and disinfection for small settlements (in the Far North). 2nd edition, revised. Moscow: DAR/VODGEO; 2016. (In Russ.)Зверева С. М., Бартова Л. В. Развитие технологии очистки сточных вод малых населенных пунктов. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2017;8(2):64–74. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.2.06Zvereva S. M., Bartova L. V. Developing wastewater treatment technologies for small agglomerations. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Construction and Architecture. 2017;8(2):64–74. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.2.06Гришин Б. М., Кошев А. Н., Ласьков Н. Н., Бикунова М. В. Удаление соединений азота из сточных вод с применением окислителей. Региональная архитектура и строительство. 2013;(2):91–97.Grishin B. M., Koshev A. N., Laskov N. N., Bikunova M. V. Azot compounds removal out of sewage using oxidizers. Regional Architecture and Engineering. 2013;(2):91–97. (In Russ.)Андреев С. Ю., Исаева А. М., Кочергин А. С. Разработка и исследование комбинированной технологии очистки сточных вод малых населенных пунктов. Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; 2015. 120 с.Andreev S. Yu., Isaeva A. M., Kochergin A. S. Development and investigation of combined wastewater treatment technology for small settlements. Penza: Penza State University of Architecture and Construction; 2015. (In Russ.)Ragush C., Schmidt J., Krkošek W. H., Gagnon G. A., Hansen L. T., Jamieson R. Performance of municipal waste stabilization ponds in the Canadian Arctic. Ecological Engineering. 2015;83(12):413–421. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.07.008Ragush C., Schmidt J., Krkošek W. H., Gagnon G. A., Hansen L. T., Jamieson R. Performance of municipal waste stabilization ponds in the Canadian Arctic. Ecological Engineering. 2015;83(12):413–421. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.07.008Koivunen J., Heinonen-Tanski H. Peracetic acid (PAA) disinfection of primary, secondary and tertiary treated municipal wastewaters. Water Research. 2005;39(18):4445–4453 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.08.016Koivunen J., Heinonen-Tanski H. Peracetic acid (PAA) disinfection of primary, secondary and tertiary treated municipal wastewaters. Water Research. 2005;39(18):4445–4453 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.08.016Chhetri R. K., Klupsch E., Andersen H. R., Jensen P. E. Treatment of Arctic wastewater by chemical coagulation, UV and peracetic acid disinfection. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25:32851–32859. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8585-5Chhetri R. K., Klupsch E., Andersen H. R., Jensen P. E. Treatment of Arctic wastewater by chemical coagulation, UV and peracetic acid disinfection. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25:32851–32859. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8585-5Wu T., Englehardt J. D., Guo T., Gassie L. W., Dotson A. D. Applicability of energy-positive net-zero water management in Alaska: technology status and case study. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25:33025–33037. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0743-2Wu T., Englehardt J. D., Guo T., Gassie L. W., Dotson A. D. Applicability of energy-positive net-zero water management in Alaska: technology status and case study. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25:33025–33037. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0743-2Вялкова Е. И., Глущенко Е. С., Велижанина Т. С., Осипова Е. Ю. Анализ физико-химических методов очистки бытовых сточных вод северных населенных пунктов. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020;22(1):152–163. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-1-152-163Vialkova E. I., Glushchenko E. S., Velizhanina T. S., Osipova E. Y. Analysis of physicochemical wastewater treatment in Arctic zones. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Journal of Construction and Architecture. 2020;22(1):152–163. (In Russ.) https://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-1-152-163Lado Ribeiro A. R., Rodríguez-Chueca J., Giannakis S. Urban and industrial wastewater disinfection and decontamination by advanced oxidation processes (AOPs): Current issues and future trends. Water. 2021;13(4):560. http://dx.doi.org/10.3390/w13040560Lado Ribeiro A. R., Rodríguez-Chueca J., Giannakis S. Urban and industrial wastewater disinfection and decontamination by advanced oxidation processes (AOPs): Current issues and future trends. Water. 2021;13(4):560. http://dx.doi.org/10.3390/w13040560Небукина И. А., Смирнова Н. Н., Рвачев И. С. Влияние органических соединений на эффективность удаления ионов аммония из сточных вод методом окисления. Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2015;(2):28–33. https://doi.org/10.17277/voprosy.2015.02.pp.028-033Nebukina I. A., Smirnova N. N., Rvachev I. S. The effect of organic compounds on removal efficiency of ammonium ions from wastewater by oxidation method. Voprosy sovremennoy nauki i praktiki. Universitet im. V. I. Vernadskogo. 2015;(2):28–33. https://doi.org/10.17277/voprosy.2015.02.pp.028-033Anusuyadevi P. R., Kumar D. Ja. P., Omkaara Jyothi A. D. H. V., Patwardhan N. S., Janani V., Mol A. Towards viable ecofriendly local treatment of blackwater in sparsely populated regions. Water. 2023;15(3):542. https://doi.org/10.3390/w15030542Anusuyadevi P. R., Kumar D. Ja. P., Omkaara Jyothi A. D. H. V., Patwardhan N. S., Janani V., Mol A. Towards viable ecofriendly local treatment of blackwater in sparsely populated regions. Water. 2023;15(3):542. https://doi.org/10.3390/w15030542Barros A., Vecino X., Reig M., Cortina J. L. Coagulation and flocculation optimization process applied to the sidestream of an urban wastewater treatment plant. Water. 2022;14(24):4024. https://doi.org/10.3390/w14244024Barros A., Vecino X., Reig M., Cortina J. L. Coagulation and flocculation optimization process applied to the sidestream of an urban wastewater treatment plant. Water. 2022;14(24):4024. https://doi.org/10.3390/w14244024Muscarella S. M., Laudicina V. A., Badalucco L., Conte P., Mannina G. Ammonium recovery from synthetic wastewaters by using zeolitic mixtures: a desorption batch-study. Water. 2023;15(19):3479. https://doi.org/10.3390/w15193479Muscarella S. M., Laudicina V. A., Badalucco L., Conte P., Mannina G. Ammonium recovery from synthetic wastewaters by using zeolitic mixtures: a desorption batch-study. Water. 2023;15(19):3479. https://doi.org/10.3390/w15193479

The authors declare that there are no conflicts of interest present.