Реконструкция сооружений на станциях по очистке сточных вод

В.И. Баженов, д.т.н., А.Н. Эпов, (ЗАО «Водоснабжение и водоотведение)»

Техническое перевооружение и реконструкция систем и сооружений водоснабжения и водоотведения являются закономерным процессом, влияющим на эффективность развития материально-технической базы нашей страны.

Многолетний опыт показывает, что реконструкция коммуникаций, сооружений, зданий, объектов жилищно‑коммунального назначения имеет ряд неоспоримых преимуществ перед новым строительством. Она, в частности, позволяет уменьшить инвестиции на единицу пропускной способности очистных сооружений на 30–50 %, в 2–3 раза сократить продолжительность строительства, обеспечить быструю окупаемость вложенных средств.

Огромный производственный потенциал РФ и ограниченные возможности капитальных вложений в строительство новых предприятий дает основание предполагать, что реконструкция будет занимать ведущую роль в строительной отрасли долгие годы.

Основные виды переустройства систем и сооружений водоснабжения и водоотведения определяются понятиями «техническое перевооружение», «расширение», «капитальный ремонт» и «реконструкция».

Техническое перевооружение — это повышение их технического уровня на основе внедрения новой техники и технологи. Оно связано главным образом с обновлением активной части основных фондов (оборудование, машины, механизмы, технологические линии и т. п.) на более современные образцы и, как правило, сопряжено с выполнением относительно небольшого объема строительно‑монтажных работ, которые требуются для размещения нового технологического оборудования в существующем здании.

Расширение — это увеличение размеров в плане существующих объектов с целью создания дополнительных производственных площадей. Оно проводится при наличии резервов территорий объектов водоснабжения и водоотведения.

Капитальный ремонт — это комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности сооружений, оборудования, коммуникаций, объектов водоснабжения и водоотведения. Капитальный ремонт выполняется с целью восстановления ресурса этих объектов с заменой или восстановлением любых составных частей, включая базовые

Реконструкция — это комплекс операций по коренному переустройству, изменению первоначального строительного решения объектов, обеспечивающий их качественное преобразование. Целью реконструкции является повышение технического уровня, улучшение технико‑экономических показателей, новых условий эксплуатации и охраны окружающей среды.

Особенностью реконструкции является выполнение строительно‑монтажных работ, которые не свойственны новому строительству. К ним относятся демонтаж существующих конструкций, разборка сооружений, усиление отдельных конструктивных элементов или их замена, обеспечение устойчивости сохраняемых частей зданий и др. Особую сложность вызывает изменение геометрических параметров объектов в условиях действующего производства. Повышенные трудности обусловливает стесненность строительно‑монтажных работ и часто необходимость их выполнения без остановки производственных процессов перекачки и очистки вод.

Изменяющиеся жизненные условия, научно‑технический прогресс требуют постоянного обновления, переустройства систем и сооружений объектов водоснабжения и водоотведения, в целях повышениях их эффективности, изменения экологических норм и требований, и т. д. Данные обстоятельства в той или иной мере отражаются на развитии технологии очистки вод, генеральных планов объектов и определяют в свою очередь требования, условия и возможности для реконструкции конкретных сооружений, коммуникаций, процессов очистки.

Реконструкция сооружений на станциях по очистке сточных вод осуществляется за счет переустройства существующих объектов основного, подсобного и обслуживающего назначения, связанного с совершенствованием технологического процесса, при одновременном улучшении качества очистки и достижением установленных норм и требований предельно допустимого сброса (ПДС) сточных вод в водоемы. На территории действующих станций очистки сточных вод могут быть введены в действие дополнительные технологические процессы с сооружением новых и / или укрупнением существующих отдельных объектов основного, подсобного и обслуживающего назначения

При реконструкции сооружений на станциях очистки сточных вод решают задачи:

• увеличения пропускной способности;
• выполнения требований по охране окружающей среды и достижения качественно новых показателей очистки сточных вод;
• перехода на современные способы очистки сточных вод и обработки осадков;
• улучшения условий труда социально‑бытового обслуживания персонала.

Последовательность действий при реконструкции очистных сооружений водоотведения представлена на рис. 1:

1. Анализ существующей ситуации является достаточно трудоемкой, но необходимой работой для определения целей и возможных технологических решений при реконструкции. Ошибка в выборе обоснованных и правильных технических решений приводит к неоправданным экономическим потерям, низкой эффективности очистки и преждевременному выходу из строя оборудования. Анализируются характеристики и технология действующих очистных сооружений, причины их неэффективной работы. Собирается существующая и сохранившаяся проектная документация и отчеты аттестованной лаборатории очистных сооружений, протоколы анализов проб сточных и очищенных вод. В этот вид работ входят:

1.1. Анализ гидравлических нагрузок — это определение существующего расхода, коэффициентов неравномерности (минимальных и максимальных часовых расходов, суточной и сезонной неравномерности), скоростей потока, гидравлических нагрузок на отдельные сооружения. Сравнение полученных величин с проектными.

1.2. Качество поступающих стоков — В составе этой работы необходимо провести статистическую обработку значений концентраций основных загрязнений по этапам очистки (для последующей технологической оценки работы сооружений) и определить значения параметров используемых в современных математических моделях. Т. е определить неравномерность поступления концентраций по часам суток, биоокисляемости стоков (оптимально значения фракций по ХПК используемых в современных моделях), наличие или отсутствие токсичности по отношению к микроорганизмам активного ила. Данные о концентрациях загрязнений по этапам сравниваются с проектными, а данные о качестве очищенной воды с требованиями, предъявляемыми к сбросу.

1.3. Технологический анализ — использует данные полученные в ходе вышеописанной работы. В ходе технологического анализа определяются величины основных технологических показателей, таких, как времена пребывания, поверхностные нагрузки, нагрузки на активный ил, эффективности работы отдельных сооружений и процессов (например нитрификации в аэротенках). Так же определяются массы загрязнений удаляемые и образующиеся по отдельным этапам очистки. Также необходимо описать технологическую схему и оценить действующие технические решения — соответствие технологии очистки и обработки осадка на каждом этапе современным требованиям и современному технологическому уровню.

1.4. Анализ установленного оборудования — предполагает сбор сведений об установленном оборудовании и его эффективности работы, сбор данных по электроснабжению и КИП. По этим данным оценивается энергетическая эффективность, в т. ч. КПД, надежность работы существующего оборудования для сверки с показателями работы более современного оборудования. Важное значение имеют: 1опорожнение и очистка очистных сооружений и колодцев, 2визуальное и инструментальное (снятие размеров, отметок, проб материалов для оценки физического состояния) обследование конструкций существующих очистных сооружений и сетей на прочность и износ.

2. Определение цели реконструкции — выполняется после детального анализа существующей ситуации, должно иметь результатом цели 2.1–2.4 (рис. 1). Формулировка цели реконструкции может носить комплексный характер, т. е. слагаться из ряда целей. В этом случае количество предполагаемых методов реконструкции увеличивается, а общий объем инвестиций возрастает.

2.1. Повышение производительности (или увеличение пропускной способности) в условиях реконструкции носит интенсивный характер, в противном случае экстенсивный путь является вариантом расширения очистных сооружений.

2.2. Достижение современных требований к сбросу очищенных сточных вод и утилизации осадков. Наиболее типичным случаем является несоответствие достигаемого уровня очистки современным требованиям. В данном случае необходим переход на более современные технологии очистки. Например, такие, как нитри‑денитрификация и совместное биологическое удаление азота и фосфора. При осуществлении этого необходима оптимизация всей станции, с сохранением необходимого запаса органических веществ для современных биологических процессов. Прежде всего выполняется реконструкция аэротенков с выделением соответствующих зон с подачей кислорода воздуха (аэрационных) и зон без подачи кислорода воздуха (анаэробных, аноксичных), а также установкой дополнительных межзонных рециркуляционных насосов (высокопроизводительных, но пониженного напора). В качестве других используемых приемов предлагается установка процеживателей с изменением функции первичных отстойников (превращение в зоны денитрификации или анаэробные зоны), улучшение работы вторичных отстойников за счет увеличения эффективности использования объема и увеличения коэффициента рециркуляции, удаление дополнительного количества взвешенных веществ стадии доочистки.

2.3. Снижение эксплуатационных затрат на современном этапе развития характерно при реконструкции большинства станций очистки сточных вод. Задача решается в первую очередь за счет применения современного оборудования и процессов, а также средств автоматизации. Современное оборудование и процессы обладают повышенными КПД, а средства автоматизации позволяют гибко реагировать на динамику изменения исходных технологических нагрузок как суточного, так и сезонного характера. При этом одновременно со снижением эксплуатационных затрат (экономический эффект), как правило, улучшается и стабилизируется качество очистки сточных вод (экологический эффект)

2.4. Уменьшение занимаемой площади, снижение размеров санитарно-защитной зоны выполняется для очистных сооружений находящихся вблизи жилой застройки. Мероприятие связано с уменьшением вредного воздействия на обслуживающий персонал и жителей прилегающих жилых районов.

3. Поиск технологических резервов и определение применяемых методов Разнообразие методов, которые можно использовать при реконструкции и взаимосвязь всех сооружений станции делает математическое моделирование наиболее подходящим инструментом для выполнения этой стадии работы. Практически тол ко с использованием математических моделей станции возможно не только исследовать каждое сооружение, но и последовательно просчитать несколько вариантов технологических решений, определив тем самым оптимальный вариант как использования существующих сооружений, так и необходимое для каждой технологической стадии расширение. Совместно с математическим моделированием используются современные методы обследования станции, такие, как определение концентраций кислорода и скоростей дыхания ила по длине аэротенков, определение уровней стояния ила и концентраций по высоте вторичных отстойников, исследование кинетических характеристик процесса нитрификации и т. п. Это позволяет не только получить дополнительную информацию о наличии технологических резервов в конкретных сооружениях, но и способствует более точной настройке моделей.

3.1. Увеличение пропускной способности и эффективности очистки на каждом отдельном этапе или сооружении очистки сточных вод:

• установка тонкопрозорных решеток и процеживателей;
• использование аэрируемых песколовок в качестве преаэраторов;
• добавка избыточного ила и, возможно, реагентов в первичный отстойник;
• увеличение эффективности системы аэрации; применение носителей биомассы;
• увеличение коэффициента использования объема вторичных отстойников;
• применение мембранных технологий с сокращением рабочего объема.

3.2. Улучшение качества очистки и обработки осадков. Внедрение систем оборотного водоснабжения и безотходных технологий. Переход на современные технологии с удалением азота или азота и фосфора и т. д.:

• внедрение систем оборотного водоснабжения, перевод производственных потребителей воды на техническое водоснабжение, повторное использование предварительно очищенных сточных вод для производственных нужд, организация предварительной очистки сточных вод с утилизацией осадка и его концентрацией;
• вреимущественное применение для сооружений очистки сточных вод и обработки осадков малоотходных и безотходных технологических процессов;
• оптимизация технологии очистки с целью сохранения необходимого запаса органических веществ;
• установка тонкопрозорных решеток или процеживателей;
• перевод первичных или часть первичных отстойников в режим денитрификации или анаэробных зон, изменение конфигурации процесса биологической очистки и повышение процента аэрации;
• оптимизация конструкции и эксплуатационного режима вторичных отстойников; внедрение систем автоматизации процессов очистки сточных вод;
• поиск технологических резервов в схеме обработки осадков и отходов, их уплотнения и обезвоживания, стабилизации, обеззараживания, утилизации, складирования.

3.3. Переход на современное энергоэффективное оборудование:

• применение нержавеющей стали и некорродирующих материалов;
• применение регулируемых воздухонагнетателей;
• увеличение эффективности аэрационных систем;
• автоматизация процессов очистки сточных вод;
• применение метанового сбраживания с выработкой энергии;
• оптимизация систем вентиляции и отопления;
• реновация и восстановление трубопроводных систем

3.4. Ликвидация песковых и иловых площадок с переходом на современные методы обработки песка и осадка (отходов) — существенно сократит земельные участки площадей станции. Очистка отходящих газов обеспечивается путем перекрытия наиболее влияющих на выбросы процессов (решетки, аэрируемые песколовки, анаэробные зоны аэротенков, сооружения обработки осадка) со сбором и очисткой воздуха. Создание санитарно‑защитных зон, удовлетворяющих современным требованиям достигается следующими мероприятиями:

• частичное или полное перекрытие наиболее санитарно опасных, дурнопахнущих сооружений с организацией очистки воздуха; совершенствование и широкое использование средств газопылеулавливания;
• организация рассеивания загрязняющих атмосферу веществ путем увеличения высоты их выброса;
• отказ от илоуплотнений с переходом на сгущение ила и осадка;
• применение мембранных технологий с сокращением рабочего объема и полным перекрытием сооружений;
• озеленение на существующих объектах всех свободных от застройки участков территории;
• внедрение мероприятий по борьбе с шумом;
• размещение наиболее шумного оборудования на возможно большом удалении от жилой застройки и от цехов с большой численностью работающих;
• экранирование оборудования, являющегося источником повышенного уровня шума путем использования для этого шумопоглощающих кожухов;
• использование технических средств снижения шума

4. Проектирование, строительно-монтажные работы по реконструкции, наладка и приемосдаточные испытания являются логическим завершающим этапом реконструкции. Проектные разработки выполняются в соответствии с нормативными документами (СНиПы, ГОСТы, и др.). Проверку соответствия проектных решений требованиям законодательства России об охране окружающей среды производит государственная экологическая экспертиза. Реконструкция объектов осуществляется в соответствие с утвержденным проектом. Проектная организация осуществляет авторский надзор за ходом реконструкции.

Примеры современных вариантов реконструкции действующих сооружений очистки сточных вод предоставлены организацией ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» и наглядно отражают различные направления характерных реконструкций:

• аэрируемой песколовки (из сооружений механической очистки), рис. 2;
• аэротенкка (из сооружений биологической очистки), рис. 3, рис 4;
• вторичного отстойника, рис 5;
• метантенка (из сооружений обработки осадков сточных вод), рис. 6;
• канализационной насосной станции, рис. 7.

Аэрируемые песколовки в соответствии с типовыми решениями имеют следующие недостатки: удаление песка по длине песколовки производится, как правило, с применением систем гидросмыва. Как показала практика эксплуатации, данные системы не обеспечивают полного удаления песка, что приводит к необходимости периодического опорожнения песколовок и очистки приямков вручную. Дальнейшее удаление песка из самой песколовки производится гидроэлеваторами. Применение гидроэлеваторов энергоемко и требует достаточно больших объемов технической воды. Получаемая в результате песковая пульпа может быть подана только на песковые площадки. Кроме того, профиль аэрируемых песколовок часто не оптимален для организации вращения жидкости в поперечном сечении. Для устранения этих недостатков необходимо оснащение песколовок надежной системой сбора и удаления песка, а также в некоторых случаях оптимизация профиля. Для сбора и сгребания песка в приямок наиболее рационально применение шнековых систем, которые наряду с надежностью требуют минимальных строительно‑монтажных работ при установке. Удаление песка достигается устройством погружного насоса со специальными установочными аксессуарами, препятствующими пуску насоса на концентрированной песковой пульпе. Эта схема позволяет в дальнейшем использовать современные гидроклассификаторы для промывки песчаной фракции (рис. 2).

Конструктивно шнек выполняется с укладкой в существующий продольный приямок. Электродвигатель может устанавливаться в погружном исполнении с креплением к существующим элементам конструкции входного устройства песколовки.

Погружной насос и двигатель шнека выполняется в соответствии с требованиями защиты электродвигателями IP68. Организация всасывающего устройства выполняется таким образом, чтобы насос располагался под уровнем воды, но над уровнем приямка. При этом благодаря специальной муфте требуется обьеспечить возможность демонтажа насоса без демонтажа трубопроводов. Вследствие этого пуск насоса происходит 

«на воде» и уже после выхода на рабочий режим начинается подача пульпы.

Использование гидроклассификатора позволяет получать песок повышенного качества, что позволит использовать его, например, в строительстве. Т. о. обеспечивается безотходная технология удаления и использования песка.

Аэротенки — на современных станциях являются наиболее распространенными сооружениями биологической очистки. Также аэротенки самые крупные и энергозатратные емкостные сооружения станций очистки сточных вод. На стадии биологической очистки удаляется не только основная масса органических загрязнений, но и обеспечивается очистка от соединений азота и основной части соединений фосфора. Технические и технологические решения, принятые для аэротенков, во многом определяют как качество очищенной воды, так и энергетические характеристики станции очистки в целом. Поэтому их реконструкция, с одной стороны, является наиболее сложной и затратной задачей, а с другой стороны, при применении современных решений обеспечит как снижение энергозатат, так и существенное улучшение качества очистки.

Аэротенки могут реконструироваться как с внедрением технологии удаления азота, так и с внедрением технологии совместного биологического удаления азота и фосфора. Реконструкция с внедрением удаления азота требует меньшего времени пребывания в сооружениях и поэтому часто может быть проведена в существующих объемах сооружений. Перевод станций на совместное биологическое удаление азота и фосфора, как правило, требует понижения производительности при реконструкции существующих аэротенков и строительства дополнительных емкостных сооружений. Поскольку перевод станции на технологию удаления азота не требует существенных строительно‑монтажных работ, то он может быть первым этапом реконструкции перед расширением станции очистки сточных вод.

В качестве примера такого подхода к реконструкции можно привести вариант реконструкции крупной станции очистки сточных вод для города с населением более 1 млн. жителей.

В ходе анализа существующей ситуации было выявлено, что сооружения не перегружены ни по гидравлическим характеристикам, ни по массовым нагрузкам. Неравномерность поступления сточных вод как по расходам, так и по концентрациям не приводила к перегрузкам в часы пиковых поступлений, а имеющиеся на станции мощности воздухонагнетателей в аэротенки более чем достаточны для проведения технологического процесса. Однако принятый в 70‑е годы технологический процесс не обеспечивал необходимого качества очистки стоков с точки зрения современных нормативных требований. Кроме того, имеются существенные резервы в области экономии энергии с применением современного оборудования, а также необходимо ликвидировать существующие песковые площадки для высвобождения места под другие сооружения и снижения воздействия на окружающую среду.

Для биологической очистки на станции используются аэротенки с 25 ‑процентной регенерацией и рассредоточенным впуском стоков по длине. Такие сооружения позволяют существенно поднять среднюю дозу ила относительно дозы на выходе аэротенков, воздействующей на вторичные отстойники. Применение данныхсооружений затрудняет реконструкцию с переходом на современные процессы. Однако в ходе поиска технологических резервов с помощью респирометрических методов и математического моделирования было выявлено, что половина регенератора не используется активно, т. к. процесс очистки по органическим веществам и нитрификация заканчивается уже в первой половине регенератора. Также было выявлено, что работа вторичных отстойников может быть улучшена при замене существующих илоскребов на более совершенные и увеличении глубины слоя отстаивания. В результате было разработано решение с сохранением первой половины регенератора, рассредоточенного впуска стоков и устройством двух последовательных зон денитрификации, позволившее, минимально изменив среднюю дозу ила, использовать имеющиеся резервы в технологии биоочистки (рис. 3). В результате при сохранении существующей производительности предложено углубить очистку по БПК и взвешенным веществам и осуществить очистку по соединениям азота до требуемых норм.

Наряду с изменением технологии биологической очистки было предложено: внедрение системы автоматического управления аэротенками, замена части существующих воздуходувок на регулируемые, внедрение современной системы аэрации, замена насосов на новые с более высоким КПД.

В результате достигается не только переход на нитри‑денитрификацию с углублением очистки по БПК и взвешенным веществам, но и экономится до 45 % энергии, что создает финансовую базу для осуществления данной реконструкции — экономия составляет 19,3 млн. руб. в год (в ценах 2009 года).

Дальнейший перевод станции на совместное удаление азота и фосфора, как и в большинстве случаев, требует дополнительных объемов сооружений биологической очистки. Кроме того, для сохранения необходимого резерва органических веществ требуется вывести из работы один из существующих первичных отстойников.

Процесс биологической очистки должен быть организован как в существующих, так и во вновь строящихся аэротенках с учетом принципов технологии биологического удаления фосфора (в данном случае процесс MUCT) и наиболее экономичного перемешивания анаэробных зон и зон денитрификации (рис 4).

В качестве базового технического аналога был выбран типовой проект 902–2‑179 аэротенков — вытеснителей ЦНИИЭП инженерного оборудования. При этом рабочая глубина в сооружении была принята (6м взамен 5м поперечное сечение коридора 6*6м), руководствуясь соображениями увеличения эффективности аэрации (кгО2 / кВт*ч) в современных условиях. Следует отметить, что использование современного воздуходувного оборудования позволяет размещать пневматические аэраторы на глубинах до 12м

Данное решение (рис. 4) позволяет с успехом производить реконструкцию блоков аэротенков по типовому проекту 902–2‑179. Его отличительной особенностью является устройство систем перемешивания способом продольной рециркуляции по «карусельному» типу. Этот способ гидродинамики сочетает достоинства сооружений вытеснителя (по длине пробега) и смесителя (по распределению нагрузки в зоне).

Данная компоновка подразумевает разделение функциональных обязанностей: ввод кислорода осуществляется высокоэффективными современными аэраторами, а перемешивание — погружными мешалками. Гидравлическая функция мешалки в данном случае основополагающая, поскольку она отвечает за массообмен в структуре биологической очистки, а аэраторы являются средством для достижения массопереноса кислорода воздуха в иловую смесь. В комбинированном сооружении аэраторы перестают отвечать за процессы поддержания активного ила во взвешенном состоянии и рассчитываются исключительно исходя из величины потребности в кислороде. В этом заключается энергосберегающий эффект. Кроме того, энергосберегающим эффектом обладает устройство систем перемешивания способом продольной рециркуляции по «карусельному» типу как наиболее экономный принцип перемешивания в аэротенках вытеснителях.

Технологический расчёт и анализ работы сооружений в условиях неравномерности динамических исходных нагрузок по расходам и концентрациям проводился с привлечением современного программного обеспечения. Многофакторный анализ стандартных процессов обосновал выбор процесса MUCT (модель ASM2d) как оптимального с точки зрения капитальных и энергетических затрат в российских условиях очистки слабоконцентрированных городских сточных вод. Из двух «особоконкурентных» способов очистки: UCT и А2О при виртуальном сравнении в абсолютно аналогичных условиях (равные строительные объемы, исходные концентрации характерные для российских условий), лидирующее положение занимает UCT, поскольку интенсивнее очищает от фосфора (на 115 %) при некотором незначительном «проигрыше» в плане снижения общего азота (8,3 %).

Вторичные отстойники — решения вторичных отстойников глубоко проработаны в типовых проектах еще в СССР. Однако работа вторичных отстойников тесно взаимосвязана с работой аэротенков. Переход от технологии с регенерацией активного ила и низкими коэффициентами рециркуляции к современным технологиям с высокими дозами ила и высокими коэффициентами рециркуляции, а также осуществление в аэротенках глубокого окисления аммонийного азота изменяет требования к конструкции вторичных отстойников.

При изменении коэффициента рециркуляции и уменьшении поверхностной нагрузки (в современных технологиях принимаются пониженные нагрузки на отстойники) существенно изменяется гидравлическая картина работы отстойника. В первую очередь ,изменяется оптимальное соотношение глубины отстаивания, нейтрального слоя и слоя уплотнения ила. Наличие в активном иле нитратов, появляющихся в результате глубокой нитрификации, требует более полного и быстрого удаления ила из отстойника (что наряду с высокими дозами ила объясняет увеличение коэффициента рециркуляции), а также приводит к постоянному или периодичному появлению всплывающего ила.

Все это, наряду с применением современных материалов, требует другого подхода к конструированию нестандартного оборудования вторичных отстойников. Это подтверждается и теми предложениями, которые выдаются ведущими инофирмами при оснащении отстойников. Приводим основные технологические мероприятия:

• оптимизация глубины отражательной «юбки»;
• тщательное выравнивание кромок лотков с установкой современных водосливов (из нержавеющей стали или в пластиковом исполнении), что особенно важно при низких поверхностных нагрузках;
• применение эвольвентных илоскребов, которые эффективно собирают ил с площади днища, а также значительно проще и легче, чем традиционные илососы. Вес конструкции особенно важен при их изготовлении в современных материалах;
• тщательная организация сбора всплывающей части активного ила (в результате денитрификации) с поверхности отстойника.

Пример такой реконструкции, разработанной для отстойников диаметром 30, 36, 40 и 54м. представлен на рис 5.

Сооружения обработки осадка. В реконструкции сооружений обработки осадка ведущей тенденцией является переход от естественных методов сушки и уплотнения (иловые карты и гравитационные уплотнители) к механическому сгущению и обезвоживанию. Здесь используется весь имеющийся набор современного оборудования, такого как ленточные и барабанные сгустители, шнековые сгустители, уплотняющие и обезвоживающие центрифуги, ленточные и камерные фильтр‑прессы и другие, редко встречающиеся решения.

В целом эти решения значительно экономят площади, реализуют процесс обработки осадка надежным и подлежащим автоматическому управлению, позволяют локализовать источники загрязнения воздуха

Метантенки и их реконструкция требуют отдельного рассмотрения. Правильное применение метантенков обеспечивает не только подготовку осадка к обезвоживанию и его стабилизацию (это важно для предотвращения образования метана при последующем депонировании, использовании или утилизации), но и получение энергии, иногда обеззараживание осадка.

В СССР и впоследствии в России использование метантенков для обработки осадков сточных вод было малоэнергоэффективным и приводило к образованию осадков с низкими водоотдающими свойствами. В то же время в мире применение метанового сбраживания является одним из основных направлений не только обработки осадка, но и получения так называемой «зеленой» энергии. Восстановление сбраживания с применением современных технологий и сооружений позволяет получать дополнительно до 30 % электроэнергии, необходимой для очистки стоков и, кроме того, перекрывать все затраты тепловой энергии, необходимые для станции очистки сточных вод в зимнее время

Известно, что малоэффективное применение метантенков было вызвано несколькими основными причинами:

• термофильный режим сбраживания с короткими временами пребывания, требующий много энергии и ухудшающий водоотдающие свойства осадка;
• неудовлетворительное перемешивание в самих реакторах‑метантенках;
• нагрев метантенков с помощью острого пара, снижающий скорость биохимической реакции;
• низкой концентрацией смеси ила и осадка поступающего в метантенки.

Основные пути решения существующих проблем — это переход к мезофильному режиму сбраживания с большим временем пребывания, применение современных теплообменников для нагрева осадка и рекуперации тепла сброженного осадка, организация хорошего перемешивания в резервуарах метантенков, увеличение концентрации избыточного ила путем его предварительного механического сгущения.

Также известны и основные пути интенсификации работы метантенков:

• переход на двухступенчатые процессы;
• разделение фаз сбраживания; предварительная подготовка осадка с увеличением степени гидролиза;
• изменение перемешивания на микроуровне;
• добавка селекционной биомассы

В последние годы наблюдается значительный интерес к восстановлению старых и строительству новых метантенков. Пример реконструкции метантенков по современным принципам представлен на рис. 6.

Канализационные насосные станции являются мощным энергопотребителем. При реконструкции целесообразно учитывать следующие особенности, возникающие в ходе проектирования и эксплуатации насосных станций:

• расход и напор существующих насосов, как правило, не соответствует точке с оптимальным КПД на их характеристике. Производительность насосов при проектировании, как правило, завышается на перспективу. По напору также принято создавать «запас», который впоследствии не реализуется на практике. Кроме того, насосные станции проектируются на случай работы в аварийном режиме, но практически ежедневно эксплуатируются совсем в другом режиме, при пониженных КПД и повышенном потреблении электроэнергии, иногда в кавитационном режиме;
• конструкции всасывающих, а иногда и напорных патрубков насосов не соответствуют нормативным требованиям. Например, всасывающие патрубки укорочены, скоростные потоки в них завышены, имеются перегибы в горизонтальной и / или вертикальной плоскостях. В них постоянно происходит накопление воздуха, который перед пуском агрегата «вручную» удаляется обслуживающим персоналом;
• система автоматизации полностью устарела или отсутствует;
• сальниковая набивка отечественных насосов требует постоянного ремонта и приводит к протеканиям в машинный зал;
• удаление задержанных на решетках отбросов производится с постоянным участием оператора, дробление отбросов, как правило, не работает;
• большинство станций имеют значительный срок службы и поэтому всегда вероятно затопление машинного зала в результате течи из приемного резервуара.

Устранение недостатков позволит получить современные станции с пониженными энергозатратами и без постоянного присутствия персонала.

Возможны два подхода к реконструкции насосной станции: 1 — с сохранением существующих традиционных насосов сухой установки; 2 — с заменой на погружные насосы в «сухом» исполнении, установленные на фундаменты. Наименее затратный метод — реконструкция с сохранением отечественных насосов «сухой» установки. В этом случае оптимизация рабочей точки насоса может быть достигнута путем обрезки рабочего колеса или частотного регулирования агрегата (этот метод не всегда энергоэффективен). Устранение утечек через сальниковую набивку возможно с применением современных отечественных механических торцевых уплотнений. Нормализация конструкции всасывающих патрубков выполняется при соблюдении принципов:

• устройство для каждого насоса отдельного всасывающего патрубка, выполненного прямым участком, с минимальным количеством задвижек; обеспечение уклона не менее 0,005 от насоса в сторону приемной камеры;
• использование при соединении труб разных диаметров на горизонтальных участках только косые эксцентричные переходы, препятствующие скоплению воздуха;
• наличие прямого участка на всасывающих патрубках непосредственно от фланца насосов длиной не менее 5 их диаметров без устройства запорной арматуры или любых других возмутителей потока;
• при необходимости (в зависимости от подачи насоса) оборудовать всасывающие патрубки в приемном резервуаре конфузорами и средствами борьбы против вращения потока.

 

Правильным оборудованием всасывающих патрубков часто пренебрегают, но напрасно, поскольку это мероприятие нормализует и стабилизирует работу насосных агрегатов, достигая достаточно хороших энергетических показателей.

Для того чтобы насосная станция после реконструкции заработала в автоматическом режиме, требуется обеспечить ряд мер:

• устройство современной системы автоматики, характерной для импортной насосной техники;
• установка автоматизированных решеток со сбором отбросов в контейнер или современных дробилок.

Однако полное отсутствие персонала на таких станциях вряд ли возможно, так как остается вероятность подтопления машинного зала.

Полный перевод станции в автоматический режим возможен при замене насосов на современные погружные насосные агрегаты, устанавливаемые на фундамент в машинном зале. В этом случае даже при затоплении станции не теряется работоспособность объекта. Пример такой реконструкции в наиболее полном варианте с устройством погружных насосных агрегатов представлен на рис. 7. Насосная станция снабжена низкооборотистой дробилкой фрезерного типа Monster (США), которая сбрасывает дробленые отбросы непосредственно в канал приемного резервуара. При этом необходимость сбора и уплотнения отбросов непосредственно на насосной станции отпадает, а задержание дробленых отбросов выполняется на решетках станции очистки сточных вод. Размер дробленых отбросов определяется типом установленной дробилки.

Решение учитывает основные функции автоматизированной системы управления канализационными насосными станциями:

• включение и выключение насосных агрегатов по сигналам уровня воды в приемном резервуаре и дренажном приямке;
• диспетчеризация работы насосных агрегатов для равномерного использования моторесурса и исключения перегрева электропривода;
• защита насосных агрегатов по: пусковому току, обрыву и / или перекосу фаз, снижению сопротивления изоляции и перегреву статора, неисправности обратного клапана;
• перекрытие входной задвижки при пропаже напряжения на фидерах или авариях;
• обеспечение автоматизации дробилок; регистрация учета расхода перекачиваемой воды;
• обеспечение охранной и пожарной сигнализации;
• передача информации о работе насосной станции на центральный диспетчерский пункт по телефонному каналу связи или радиоканалу, или сети связи GSM.

ВЫВОДЫ:

1. Предложена схема проведения работ по реконструкции и внедрению современных технологических процессов и оборудования для улучшения показателей работы существующих сооружений. Грамотная формулировка целей реконструкции влечет за собой оптимизацию капитальных и последующих эксплуатационных затрат.
2. Предложены способы реконструкции основных емкостных сооружений водоотведения, построенных в России по принципам типового проектирования: аэрируемые песколовки, аэротенки, вторичные отстойники, метантенки, канализационные насосные станции, включая АСУ. Данные способы реконструкции отражают современные принципы процессов водоотведения (очистки, обработки, перекачки) и комплектации оборудованием.