Пуск современных очистных сооружений

Баженов В. И., Эпов А. Н., Канунникова М. А., ЗАО «Водоснабжение и водоотведение»;

Изместьев М. Е., ООО Институт «Гражданпроект» г. Киров; Тарасов А. В., ООО строительный трест «Гражданпроект» г. Киров;

Чен C., фирма GSD, Тайвань

Технология совместного биологического удаления азота и фосфора с последующей доочисткой традиционно считается дорогой и сложной. До сих пор в России большинство подобных станций: г. Зеленоград, Южное Бутово, экспериментальный блок г. Подольск, ОС г. Якутск, ЮЗОС г. Санкт-Петербург, г. Сестрорецк, — создавались с участием специалистов зарубежных фирм и привлечением иностранных кредитов. На данных станциях используется дорогостоящее оборудование для перемешивания, аэрации, создания внутренних рециклов, контроля и управления процессами, производство ведущих, в основном, европейских фирм.

Очистные сооружения г. Кунгур Пермской области изначально проектировались в условиях высокой конкуренции по цене с использованием тендерной процедуры, что изначально предполагало минимальную стоимость станции очистки при сохранении современной технологии и автоматизированной системы управления. 05.09.09 очистные сооружения были запущены в эксплуатацию. Удельные капиталовложения на очистку 1 м3 стоков, несмотря на повышенные исходные концентрации органики, биогенов и взвеси (ввиду развитой пищевой промышленности в г. Кунгур), составили 300 € / м3 , что значительно ниже, чем у аналогичных современных установок

Данную величину (300 € / м3 суточной производительности) прокомментируем следующим образом. В состав работ вошли общестроительные работы и СМР с использованием собственного передвижного бетонного завода. В состав сооружений вошли: 1 — комплекс механической очистки (решетки, песколовки); 2 — песковая площадка; 3 — комплекс глубокой биологической очистки от азота и фосфора; 4 — комплекс доочистки сточных вод до показателей ПДС; 5- комплекс по дезинфекции очищенных вод гипохлоритом натрия; 6 — автоматизированная система управления процессами и диспетчеризация; 7 — внутриплощадочные коммуникации; 8 — рабочее место оператора. Состав сооружений был определен из условий обеспечения современных норм на их сброс в водоем, при этом сооружения обработки осадка (иловые площадки) использованы от ранее существовавшего комплекса.

Расчет технологии совместного биологического удаления азота и фосфора был произведен специалистами ЗАО «ВиВ» с использованием математического моделирования. Моделирование осуществлялось при помощи программного комплекса GPS-X. Общий проект объекта выполнен институтом ООО «Гражданпроет» г. Киров

Исходя из результатов математического моделирования стандартных процессов при существующих исходных концентрациях, для проведения процессов совместного удаления биогенных элементов был выбран процесс MUCT как наиболее оптимальный. В соответствии с технологией возвратный активный ил с коэффициентом рециркуляции 100 % (обусловлен оптимальной эксплуатацией вторичных отстойников) поступает в отдельную секцию денитрификации, объем которого составляет 14 % общего объема сооружения. Аналогичный расход иловой смеси (100 %) рециркулируется в голову сооружений, в анаэробную зону, которая составляет 30 % общего объема. Такое решение обеспечивает максимальную надежность денитрификации ила и отсутствие влияния нитратов на анаэробную зону, а также обеспечивает гидролиз и получение ЛЖК для роста фосфат аккумулирующих микроорганизмов. В результате денитрификации возвратного ила достигается удаление азота c эффективностью 40–50 %. Далее следует дополнительная денитрификация и нитрификация стока в зоне аэротенка «карусельного» типа. С целью обеспечения максимальной управляемости процесса при изменении расхода сточных вод и качества воды для нитрии и денитрификации применен процесс с периодической аэрацией. Это позволяет изменять соотношения нитри и денитрификации путем изменения времени аэрации и перемешивания, а так же отказаться от дополнительного рецикла денитрификации. Технологическая схема процесса представлена на рис 1.

Расчеты показывают, что при объеме сооружений 9207 м3 и времени пребывания 14,7 часа по среднесуточному расходу достигается возраст ила 12,2 суток. 

При этом концентрации составляют:

• общего азота Nобщ менее 7,5 мг / л;
• аммонийного азота N-NH4 –0,18 мг / л;
• азота нитратов N-NО3 –2,6 мг / л;
• фосфора фосфатов P-PO4 — менее 0,5 мг / л (вследствие высокого ХПК, поступающего на аэротенки, модель предсказывает концентрации — 0,1– 0,2 мг / л, однако надежно при колебаниях расхода и концентраций можно утверждать, что концентрации фосфора составят менее 0,5 мг / л в среднесуточной пробе).

Изменение концентраций фосфора фосфатов и аммонийного азота (рис. 2) по длине блока биологической очистки показано в соответствии с реальными ячейками зон по шкале index. Так, например, анаэробная зона представлена двумя первыми ячейками, аноксидная — третьей ячейкой, а длина «карусельной» зоны — последними 7-ю ячейками (сечение по аэрационному контуру). При этом графики отражают момент подачи воздуха в систему периодической аэрации.

Основные строительные работы были выполнены ООО строительный трест «Гражданпроект» г. Киров в 2008 году (рис. 3):

• три линии производительностью 5000 м3 / сут каждая;
• общая длина аэротенков составит 60 м, ширина 12 м;
• каждая линия имеет вторичный отстойник размерами 12 х12 м (4-конусный), возврат ила производится эрлифтами. Рециркуляция денитрфицированной иловой смеси погружными насосами, устанавливаемыми в зоне денитрификации аэротенка;
• распредканалы сточной воды, возвратного ила, иловой смеси по отстойникам, позволяющие отключать сооружение, не отключая всю линию.

Для доочистки конструктивно предусматривается применение фильтров доочистки с плавающей загрузкой и биореакторов (рис. 4).

При комплектовании объекта оборудованием рассматривались различные варианты. В результате, исходя из максимальной экономии средств при сохранении выбранной технологии, был принят вариант, при котором механическое оборудование блока биологической очистки (мешалки и погружные насосы) применено фирмы GSD (Тайвань), а система автоматики управления блоком биологической очистки и общей диспетчеризации — отечественного производства совместной разработки ЗАО «ВиВ» г. Москва и ООО институт «Гражданпроет» г. Киров.

Оборудование было смонтировано 05.09.2009 года при участии специалистов ООО строительный трест «Гражданпроет» г. Киров, ЗАО «ВиВ» и представителя фирмы GSD (Тайвань).

В анаэробной зоне и в зоне денитрификации были применены высокооборотные погружные мешалки GSD МА5 / 12–620–480 и МА2.5 / 8–400–740 (рис. 5), мощностями 5 и 2,5 кВт и величинами тяги 1800 Ньютонов (Н) и 800 Н соответственно. Монтаж мешалок производился с использованием комплектной системы крепления и подъемных механизмов.

Для перекачки ила из зоны денитрификации в анаэробные зоны применяются погружные насосы GSD серии СР (рис. 5).

В «карусельной» зоне аэротенка установлены редукторные мешалки GSD серии LFPT7.5 / 4–2500–63 (рис. 5). Данное оборудование имеет размах лопастей 2,5 метра и при мощности двигателя 7,5 кВт развивает силу тяги до 4275 Н. По силе тяги оно не уступает самым большим аппаратам, производимым европейскими фирмами (табл. 3). При этом оборудование GSD с гарантией 6 лет остается дешевле европейского.

Вес мешалки составляет 280 кг. Она крепится на комплектной 4-точечной опоре, обеспечивающей минимальные вибрации и надежное крепление мощного оборудования.

Шкафы пускорегулирующей аппаратуры (рис. 6) для оборудования GSD были разработаны и изготовлены фирмой ЗАО «ВиВ» г. Москва. Система авт оматического управления процессом биологической очистки сточных вод предусматривает контроль процессов нитри- и денитрификации по окислительно-восстановительному потенциалу, поддержание концентраций растворенного кислорода, поддержание постоянного возраста ила, измерение всех основных расходов и контроль работы оборудования. В качестве основных датчиков использованы датчики окислительно-восстановительного потенциала (НПО «Измерительная техника», рис. 6) и растворенного кислорода фирмы «α-Бассенс»

Запуск смонтированного оборудования выполнялся поэтапно российскими специалистами совместно с представителем фирмы-производителя GSD (рис. 7). На первом этапе установлено, что оборудование смонтировано в соответствии с проектом и рекомендациями на его установку. На втором этапе произведен пробный пуск оборудования «всухую». При этом все 12 единиц оказались работоспособными. В результате последовало решение о заполнении резервуара исходной водой и пуске технологических линий

На третьем этапе производился контроль работы оборудования. Визуально все мешалки обеспечивают перемешивание, расслоения взвешенных веществ не наблюдалось и работают в допустимом диапазоне силы тока. Аналогичные процессы наблюдаются при достижении установившегося состояния (через несколько часов после включения). Номинальные параметры оборудования соответствуют рекомендациям фирмы-производителя, в результате чего выполнено заключение, что оборудование полностью работоспособно и соответствует поддержанию технологических режимов.

Гидравлически наиболее сложным является перемешивание «карусельной» зоны (рис. 8) при полностью открытой задвижке подачи воздуха в систему аэрации (аэраторы АР300 производства «Экополимер»), поскольку поток пузырьков воздуха создает существенное препятствие горизонтальному потоку жидкости. В этом случае при недостаточной силе тяги обычно наблюдаются застойные зоны и расслоение взвешенных веществ. В нашем случае на поворотах карусели наблюдаются скорости V=0,3–0,5 м / с, даже превышающие расчетные.

Таким образом, редукторная мешалка полностью подтверждает характеристики высокой (соответствующей лучшим мировых аналогам) силы давления, заявленной производителем.

Пуск оборудования показал, что все поставленные агрегаты и системы крепления работоспособны, а также функционируют в соответствии с проектными решениями и характеристиками, представленными фирмой-производителем GSD.

К дате публикации оборудование отработало шесть месяцев (с 05.09.09) по 24 часа в сутки. Отказов и неполадок в работе не наблюдается. Обычно неполадки, связанные с дефектами при изготовлении, проявляются в ближайшие два-три часа с момента пуска погружного оборудования, а неправильный подбор и проектирование сказываются в течение двух-трех недель. Следовательно, отсутствие неполадок в течение указанного срока свидетельствует о хорошем качестве изготовления и правильных проектных решениях.

Для определения неравномерности исходной технологической нагрузки в начале пусконаладочных работ были поставлены почасовые анализы по определению концентраций ХПК, азота аммонийного и фосфора фосфатов в поступающей воде, (рис. 9). Как показали результаты проделанных анализов, исходные концентрации, особенно в пиковые часы, в два-три раза превышали расчетные. Это объяснятся в первую очередь нормализацией работы пищевой промышленности (мясокомбината и молокозавода), произошедшей за время проектирования и строительства очистных сооружений. Расход сточных вод составлял на момент наладки 9 000– 10 000 м3 / сутки. Имеется перегрузка по концентрациям ХПК на 61,7 %, по N-NH4 на 79,3 %, по P-PO4 на 33,3 %. Данный факт был подтвержден уменьшением концентрации кислорода до величин менее 0,5 мг / л уже после трех недель наращивания дозы активного ила, после чего было принято решение о контроле концентрации ила с поддержанием возраста ила 15 суток.

В настоящее время режим наладки характеризуется достижением:

• практически проектного уровня по удаления ХПК (рис. 10);
• концентрации фосфатов уверено менее 0,5 мг / л (рис. 11);
• удаления аммонийного азота в условиях перегрузки в целом более 50 %, однако продолжает поступательно увеличиваться, что позволяет надеяться на дальнейшее улучшение данного показателя в ходе эксплуатации, (рис. 12);
• разработкой наиболее оптимального режима удаления биогенных элементов по соотношению азот / фосфор и достижению ПДС.