Очистные сооружения: современные технологии и оборудование

Ежегодно в водоёмы России поступает 52,1 км³ сточных вод, из которых 20 км³ подлежит очистке. Однако лишь 10% (1,9 км³) прошедших обработку и после этого поступивших в водоёмы стоков, соответствуют всем санитарно-химическим требованиям: более 70% (13,7 км³) сбрасываются недостаточно очищенными, а 20% (3,7 км³) и вовсе загрязнёнными.

Отчасти такие цифры обусловлены состоянием большинства сооружений водно-коммунального хозяйства: используемые на них технологии сильно устарели и не позволяют должным образом очищать стоки от органических загрязнений и биогенных элементов (азота и фосфора). Кроме того, существующее оборудование и строительные конструкции сооружений имеют высокую степень износа.^[1]

Для борьбы со сложившейся ситуацией на федеральном уровне принята целевая программа «Развитие водохозяйственного комплекса РФ в 2012-2020 годах», согласно которой к 2020 году должно быть реализовано 225 проектов по реконструкции и новому строительству очистных сооружений водоотведения.^[2] Основной целью при реализации данных проектов является переход на технологию глубокой биологической очистки (удаление биогенных элементов), восстановление изношенных строительных конструкций, внедрение энергосберегающих технологий, автоматизация технологических процессов.

Остановимся подробнее на схеме работы очистных сооружений водоотведения и технологическом оборудовании, которое требуется на каждом этапе очистки.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Процесс очистки сточных вод на очистных сооружениях водоотведения проходит в несколько этапов, основные — механическая и биологическая очистка; в зависимости от характера загрязнений может потребоваться также и физико-химический метод очистки стоков. Непосредственно перед сбросом в водоём сточные воды подвергаются обеззараживанию в соответствии с «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Механический этап

Описание: из сточных вод извлекаются нерастворимые частицы с различным диапазоном крупности. Для задержания посторонних веществ используются решётки, сита, песколовки, отстойники и фильтры различных конструкций. Таким образом, сточные воды подготавливаются к следующему этапу — биологической очистке.

Практический опыт: рассмотрим блок механической очистки на ОС Водоканала г. Череповца. Сточные воды поступают по двум коллекторам в приёмную камеру к зданию решёток. Пройдя их, стоки собираются в общий канал, а затем распределяются на две горизонтальные песколовки, предназначенные для удаления из жидкости минеральной части взвеси. Затем сточная вода попадает в две распределительные чаши, из которых распределяется на шесть первичных отстойников^[3], где происходит процесс осаждения грубодисперсных веществ. Сбор осветлённой воды производится в лоток через водослив, в качестве которого используется стенка сборного периферийного лотка, расположенного внутри отстойника. Плавающие вещества с поверхности воды удаляются через жироловку в жиросборник и далее утилизируются. Осадок, выпавший после сбора, собирается илоскрёбом в приямок отстойника и самотёком через систему колодцев поступает в илоуплотнители. Регулировка выгрузки осадка из отстойника в колодец осуществляется специальными задвижками.^[4]

Биологический этап

Описание: биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворённые органические соединения, являющиеся для них источниками питания. Сооружения биологической очистки (БОС) условно делятся на два вида:

1. Поля фильтрации и биологические пруды, где процесс очистки протекает в условиях, близких к естественным;

2. Аэротенки и биофильтры, в которых обработка стоков идёт в искусственно созданных условиях.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получили аэротенки — резервуары, где происходит процесс аэрации, т.е. сточная вода перемешивается с активным илом и насыщается кислородом.

Практический опыт: в 2010 г. во французской коммуне Валентон провели реконструкцию очистных сооружений. До проведения работ они принимали 600 000 м³ стоков в сутки, а в дождливое время — 1 200 000 м³/сут. После модернизации пропускная способность сооружений увеличилась до 800 000 м³ сточных вод ежедневно и до 1 500 000 м³ в непогоду.

На БОС появились новые резервуары, оснащённые современными диффузорами и мешалками. Система была предварительно смоделирована при помощи программного обеспечения компании GRUNDFOS, ведущего мирового производителя насосного оборудования. Данный подход позволил детально проработать схему расположения элементов и тем самым обеспечить однородность потока.

Теперь биологическая очистка стоков в коммуне происходит следующим образом: в главный полипропиленовый коллектор при помощи турбокомпрессора нагнетается воздух. Далее он поступает в распределительные воздуховоды с установленными на них диффузорами на дне резервуара. Через эти элементы происходит насыщение пузырьками кислорода иловой смеси.

Сборка системы аэрации и перемешивания происходила непосредственно на дне резервуара: специалисты вручную монтировали каждый диффузор на предназначенное для него посадочное место. Всего на очистных сооружениях установлено 26 360 диффузоров и 64 мешалки. Оборудование включается поочерёдно, за счёт чего и образуется однородная смесь.

«Преимущество подхода GRUNDFOS, ставшее решающим при выборе исполнителя проекта, — сдача системы «под ключ». Специалисты компании обеспечили полный контроль над созданием систем аэрации и перемешивания, — рассказывает Игорь Кинаш, заместитель директора департамента по реализации проектов, ООО «ГРУНДФОС». — Кроме того, оборудование, разработанное инженерами концерна, обладает отличными прочностными и эксплуатационными характеристиками. Диффузоры оснащены жёсткими мембранами из этилен-пропилен монодиена (EPDM), а также имеют встроенный обратный клапан, который обеспечивает быстрое блокирование. В свою очередь, мешалки серий AMD и AMG изготовлены из коррозионностойких материалов, благодаря чему способны работать даже в очень тяжёлых условиях».

Физико-химический этап

Описание: в сточные воды добавляют реагенты (коагулянты, флокулянты), которые вступают в реакцию с загрязнителями, связывают и осаждают их в виде нерастворимых соединений. Таким образом происходит очистка от тонкодисперсных и растворённых неорганических примесей.

Практический опыт: в п. Чернянка Белгородской области в стандартную схему очистки сточных вод (отстойники — аэротенки — вторичные отстойники) решили включить реагентный метод. Для снижения содержания фосфатов и взвешенных веществ в лоток перед первичными отстойниками подаётся коагулянт — сернокислое железо. Точно выдержать требуемую дозу — 40 мг/л — позволяют цифровые насосы серии DME, оснащённые шаговыми двигателями. Особенностью таких моторов является то, что процессы всасывания и нагнетания могут проходить с разной скоростью, что обеспечивает постоянство подачи реагента.

Дезинфекция сточных вод

Уже давно на очистных сооружениях водоотведения России используется способ обеззараживания сточных вод путём введения в жидкость газообразного хлора. Однако хлор является токсичным и взрывоопасным веществом. Одним из путей повышения уровня безопасности при модернизации ОС является переход к применению гипохлорита натрия NaClO.

Низкоконцентрированный (до 0,8%) раствор гипохлорита натрия получают прямо на месте потребления методом электролиза водного раствора поваренной соли в установке Selcoperm. Образующийся в качестве побочного продукта реакции водород разбавляется в герметичной камере установки Selcoperm потоком воздуха, и далее невзрывоопасная водородо-воздушная смесь отводится за пределы помещения. Полученный целевой продукт — раствор гипохлорита натрия — поступает в ёмкость хранения готового продукта, из которой насосами-дозаторами подаётся в точки ввода дезинфектанта.

Применение установок Selcoperm позволяет сбрасывать в водоём очищенные и обеззараженные сточные воды, удовлетворяющие по своим химическим и микробиологическим характеристикам жестким требованиям российского природоохранного законодательства.

Обработка осадков сточных вод

На различных этапах очистки сточных вод образуются осадки в виде твердой фазы, содержащей органические и минеральные вещества. Так же, как и сточные воды, они нуждаются в обработке, которая заключается в уплотнении, стабилизации, кондиционировании, обезвоживании и термообработке. Как правило, для указанных процессов используются центробежные и объёмные насосы с различными схемами их расположения. Например, осадок песколовок характеризуется большой зольностью и перекачивается в виде песчаной пульпы влажностью 99,9%. Песок может удаляться центробежным насосом либо гидроэлеватором.

Сырой осадок первичных отстойников перекачивается в илонакопители в виде студенистой суспензии влажностью до 95%. Содержание сухого вещества в ней колеблется от 2 до 6%. Если указанная величина превышает 4%, для перекачки используются объёмные насосы. Для удаления избыточного активного ила, имеющего высокую вязкость и содержание твёрдых веществ более 4%, целесообразно применять объёмное одновинтовое оборудование.

«Для оптимизации процесса обработки осадков сточных вод сегодня применяются модели, имеющие оригинальные технические решения. Так, насосы серий SE/SL и S оборудованы свободно-вихревыми рабочими колёсами Super Vortex, которые спроектированы специально с учётом большой пропускной способности. Они имеют запатентованную конструкцию, обеспечивающую оптимальное перекачивание жидкостей с повышенным содержанием абразивных и длинноволокнистых включений, — говорит Игорь Кинаш («ГРУНДФОС»). — У традиционных рабочих колес свободно-вихревого типа потери на образование вихрей крайне велики. Но специальная форма лопастей колеса SuperVortex обеспечивает оптимальный профиль скоростей и снижает образование дополнительных вихрей, тем самым повышая гидравлический КПД».

Поддержка государства позволит водоканалам выйти на новый уровень: использовать продвинутые технологии и современное оборудование. Однако надёжные насосы и системы — лишь часть успеха. Важно грамотно провести полный комплекс мероприятий по проектированию, монтажу и вводу в эксплуатацию системы. Только в этом случае выполненные работы приведут к улучшению экологической обстановки и повышению статуса водоснабжающих и водоотводящих предприятий жилищно-коммунальной отрасти.