Во многих случаях реновация сооружений обходится значительно дешевле, чем установка новых. Докажем это в статье.

Рынок малых канализационных очистных сооружений (КОС)* перенасыщен, при этом в отраслевой литературе наблюдается дефицит информации о результатах их работы. Ввиду этого заказчикам, не имеющим опыта эксплуатации подобных объектов, выбрать эффективное решение порой очень непросто. В итоге желание решить экологические проблемы предприятия может обернуться покупкой неработающей станции и длительными попытками ее запустить в работу, дополнительными трудозатратами и расходами, включая экологические штрафы.

*Согласно терминологии ИТС 10−2015, для сверхмалых КОС среднесуточный приток составляет от 10 до 100 м³/сут, для малых — от 101 до 1000 м³/сут. В статье будем называть такие сооружения «малые КОС».

- Реклама -
Вебинар внутри поста — copy

При выборе очистных сооружений следует проводить проверочные расчеты, изучать документацию оборудования на предмет соответствия технологическим требованиям**.

Если на балансе имеются малоэффективные очистные сооружения, то важно понимать, что практически любые из них могут быть усовершенствованы***.

Диагностика проблем, реализация мероприятий по доработке имеющихся сооружений, а при необходимости и дополнение недостающими технологическими узлами позволяют решить экологические задачи, повысить эффективность и надежность очистки сточных вод при оптимизации финансовых затрат. Реновация сооружений значительно дешевле, чем покупка новых, даже при условии выбора работоспособного оборудования.

Особенности малых КОС и подход к их реновации

Малые КОС в количественном выражении составляют порядка 90% от общего числа объектов.

Для малых водоканалов очистка сточных вод — профильная задача, в их штате имеются требуемые кадры, а для промышленно-логистических площадок экологические задачи являются сопутствующей деятельностью. В дополнение к этому на объектах с периодическим пребыванием работников формирование сточных вод имеет специфические особенности:

  • непостоянный приток (чаще всего от 8 до 16 ч в сутки).
  • отличающийся от традиционных хозяйственно-бытовых сточных вод состав (экстремально низкое соотношение БПК/азот).

Эти особенности не учитываются при строительстве и эксплуатации сооружений. Среди малых КОС очень велика доля неудачных в реализации решений, так как типовые технологии на подобных объектах неприменимы.

Алгоритм

Процесс реновации малоэффективных сооружений включает пять основных этапов

  1. Аудит — осмотр сооружений, сбор статистических данных и анализ параметров работы, выявление индивидуальных закономерностей.
  2. Диагностика — анализ данных аудита и выявление направлений модернизации, составление перечня необходимых работ для повышения эффективности и надежности работы.
  3. Модернизация — реализация комплекса мероприятий по совершенствованию объекта, его переоборудование, дооснащение необходимыми приборами.
  4. Контроль и обратная связь — отслеживание эффективности разработанного комплекса мероприятий, при необходимости их дополнение или сокращение.
  5. Эксплуатация — поддержание работоспособности объекта после завершения работ по модернизации, корректный технологический контроль и управление согласно разработанному регламенту эксплуатации.

Поэтапное следование программе реновации позволяет выявить имеющиеся резервы у сооружений и провести эффективные мероприятия.

Пример реализации

Рассмотрим конкретный пример совершенствования работы малых условно коммунальных КОС.

На промышленной площадке для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод (санузлы, душевые, столовая) запроектированы КОС с производительностью 40 м3/сут, фактический объем водоотведения — всего 7 м3/сут. Проектная технологическая схема приведена на рис. 1а.

Рис. 1. Канализационные очистные сооружения: а) до проведения работ; б) после проведения работ. БР1, БР2, БР3, БР4 — биореакторы; БФ — биофильтр; КК — камера коагуляции; КФ — камера флокуляции; О — отстойник с тонкослойными модулями; ПР — приемный резервуар; УС — усреднительная емкость; 1 — подача сточных вод от КНС; 2 — подача сточной воды насосом; 3 — подача сточной воды на очистку эрлифтом; 4 — отвод очищенных сточных вод; 5 — отвод осадка на обезвоживание; 6 — система орошения в биофильтре; 7 — внутренний рецикл; 8 — рецикл осадка; 9 — периодическая подача воздуха; 10 — постоянная подача воздуха; 11 — аварийный слив и опорожнение усреднительной емкости; к — подача коагулянта, ф — подача флокулянта.

Сточные воды с площадки собираются на канализационной насосной станции (КНС), откуда перекачиваются в приемный резервуар КОС. При этом стоки периодически (несколько раз в сутки) подаются в компактную установку насосом на очистку при повышении уровня в приемном резервуаре.

Компактная установка содержит четыре биореактора (секции) общим объемом 6,5 м3. Они оснащены пластиковой загрузкой — носителем биопленки

Секции последовательно соединены придонными окнами, расположенными в шахматном порядке. В 1-м и 4-м биореакторах размещена плавающая загрузка, во 2-м и 3-м — жестко закрепленные блоки. В 1-м биореакторе смонтирована трубчатая система аэрации, в остальных — дисковая. Технология не предусматривает отдельных зон денитрификации и соответствующего рецикла с расчетом на одновременную денитрификацию в толще биопленки. Однако, как показало обследование, денитрификация не протекает.

Рис. 2. Носители биопленки, изначально использованные в установке: а) загрузка биореактора 1-й ступени; б) загрузка для 2-й и 3-й ступеней; в) загрузка для 4-й ступени

Прошедшая биологическую очистку жидкость с частицами биопленки поступает в камеру коагуляции и флокуляции объемом 0,9 м3, где смешивается с реагентами для укрупнения частиц и осаждения фосфатов, и далее подается в отстойник с тонкослойными модулями объемом 0,8 м3, где происходит отделение биопленки от воды. Очищенная вода направляется для обеззараживания ультрафиолетом, после чего сбрасывается в водный объект. Осадок периодически откачивается на обезвоживание, которое происходит в фильтрующих мешках.

В ходе изучения работы КОС анализировались пробы поступающих и очищенных сточных вод, а также жидкости из четырех биореакторов. Проведенный анализ показал широкий диапазон загрязненности поступающих стоков и превышение ПДК по большинству показателей очищенной воды. Состав поступающих вод характеризовался высоким содержанием азота аммонийных солей при низкой БПК.

Данные лабораторного контроля работы КОС до и после ее модернизации приведены в табл. 1.

Таблица 1. Содержание загрязняющих веществ в сточных водах по данным лабораторного контроля работы КОС, мг/л

Показатель Место отбора пробы
Вход БР1 (БФ) БР2 БР3 БР4 Выход
До проведения работ
Взвешенные вещества 70−90 - - - - 12−22
БПК5 55−121 - - - - 3−7
Азот аммонийный 23,4−57,7 10,9−20,3 3,9−9,4 0,78−6,2 0,39−3,9 2,3−8,6
Азот нитритов <0,03 0,09−0,24 0,02−0,12 0,02−0,27 0,01−0,18 0,03−0,44
Азот нитратов 0,12−0,25 2,3−9,2 2,8−20,5 5,3−21,9 12,2−30,1 11−23,9
Фосфор фосфатов 1,5−3,5 - - - - 0,05−1,3
После проведения работ
Взвешенные вещества 49−77 - - - - 5,9−11
БПК5 70−106 - - - - 1,5−6
Азот аммонийный 27,3−88,9 1,6−8,6 0,39−1,2 0,31−0,86 0,16−0,7 0,1−0,65
Азот нитритов <0,03 0,02−0,27 0,09−0,15 0,03−0,09 <0,006 0,003−0,06
Азот нитратов 0,12−0,18 6,4−14,5 6,9−12 6,9−15,6 8,1−16,1 7,4−14,3
Фосфор фосфатов 1,2−3 - - - - 0,04−0,5

Проведенное обследование сооружений позволило выявить следующие особенности и недостатки:

  1. Пиковые поступления сточных вод приводят к резкому повышению уровня в установке, смешению загрузок и жидкостей из разных секций через разделительные перегородки и к выносу биопленки из отстойника.
  2. Из-за отсутствия сороудерживающих сит происходит забивание блочной загрузки крупным мусором (рис. 3).
  3. Мелкая загрузка из 4-го биореактора дробится на малые части, забивает сетки соединительных окон и блочную загрузку, попадает в отстойник и выносится из него.
  4. Обрастание биопленкой поверхности загрузочного материала очень слабое, что снижает эффективность очистки. Несмотря на чрезвычайно большую продолжительность пребывания сточной воды, нитрификация неполная, что при наличии высокой концентрации растворенного кислорода свидетельствует о недостаточной концентрации нитрификаторов в биомассе активного ила.
  5. Технология предусматривает работу в режиме вытеснителя без внутренней рециркуляции жидкости, что приводит к пиковым нагрузкам на биоценоз.
  6. Во всех биореакторах отмечено высокое содержание растворенного кислорода (более 3−4 мг/л), что негативно сказывается на протекании денитрификации и приводит к высокому содержанию азота нитратов в очищенной воде.
  7. В отстойнике выпадающий осадок загнивает, всплывает и выносится, в результате чего происходит повторное загрязнение воды. Также в осадке отмечены включения мелкой раздробленной загрузки.

Рис. 3. Блочная загрузка после извлечения: каналы забиты мусором

Модернизация установки. В результате проведенных работ технологическая схема и конструкция биореакторов претерпели изменения (табл. 2)

Таблица 2. Перечень проведенных мероприятий для усовершенствования КОС и достигнутые результаты

Мероприятие Результат
Опорожнение, оценка состояния, чистка стенок и днища емкостей, удаление накопившегося осадка Предотвращение вторичного загрязнения сточных вод накопленными за период эксплуатации загрязняющими веществами
Промывка загрузочных элементов и тонкослойных модулей Отмывка нежелательных частиц с плавающей загрузки, предотвращение вторичного загрязнения сточных вод в отстойнике
Устройство дополнительных отверстий у поверхности жидкости, замена изношенных и монтаж новых сеток на отверстиях Предотвращение выноса загрузки из рабочих емкостей и установки, улучшение массообмена между биореакторами
Монтаж усреднительной емкости, автоматизация ее работы, обеспечение подачи сточных вод на очистку эрлифтом Обеспечение равномерной подачи сточных вод на очистку, предотвращение скачкообразного изменения уровня жидкости в установке, выноса загрузки и биомассы
Монтаж сороудерживающей сетки на подающем трубопроводе Предотвращение поступления крупного мусора в установку биологической очистки
Замена плавающей загрузки Устранение проблемы разрушения и выноса элементов малой плавающей загрузки, повышение количества биомассы
Создание зон направленного глубокого удаления азотных соединений (перевод первого биореактора в режим биофильтрации, обеспечение нитратного рецикла) Создание условий для протекания денитрификации, повышение эффективности удаления азотных соединений
Монтаж рецикла биомассы из вторичного отстойника Предотвращение накопления и загнивания осадка в отстойнике
Настройка работы системы аэрации по концентрации растворенного кислорода Оптимизация кислородного режима, снижение степени отмывки биопленки с плавающей загрузки
Настройка работы системы коагуляции (подбор дозы коагулянта, отработка режима подачи и смешения коагулянта с очищенной сточной водой) Интенсификация процессов отделения биопленки и дефосфотации

Рис. 4. Биофильтр с оросительной системой и подающий трубопровод с сеткой

Для равномерной нагрузки на биоценоз смонтирована усреднительная емкость, из которой сточные воды подаются на очистку эрлифтом. Емкость работает автоматически. Насос из приемного резервуара подкачивает воду при падении уровня до минимального и прекращает подачу при максимальном уровне. Уровень от максимального до минимального падает равномерно в процессе подачи сточных вод на очистку эрлифтом, расход воздуха для которого постепенно снижается по мере опорожнения емкости. Придонные всасы эрлифта позволяют предотвратить выпадение осадка. Для периодического перемешивания жидкости по днищу емкости смонтирован аэрационный трубопровод.

Установка усреднительной емкости позволила обеспечить равномерность подачи стоков на очистку в течение суток, в результате прекратились пиковые поступления, вынос загрузки и биопленки.

Для удаления крупного мусора на трубопроводе подачи сточных вод после усреднительной емкости смонтирована сетка (рис. 4). Она также обеспечивает равномерное распределение сточных вод по ширине 1-го биореактора.

Первый биореактор переоборудован в затопленный биофильтр (рис. 4) с рециркуляцией. Оросительная система с помощью эрлифта забирает жидкость с придонной части и изливает ее на поверхность слоя загрузки. Это снижает содержание растворенного кислорода до 0,5−1 мг/л и создает условия для денитрификации в толще биопленки (с учетом дополнения технологии соответствующим рециклом из конца аэробной зоны). Для предотвращения загнивания осадка днище биофильтра периодически аэрируется (в течение 5−10 мин 2 раза в сутки). Затем сточная вода проходит три биореактора с плавающей загрузкой и системой постоянной аэрации, где созданы условия для окисления органических веществ и аммонийного азота, а также для симультанной денитрификации внутри биопленки.

Применяемая в биореакторах загрузка представлена на рис. 5: 1-й биореактор — крупная загрузка в виде стационарного фильтрующего слоя, 2-й — та же загрузка в плавающем состоянии, 3-й и 4-й — новая плавающая загрузка. Мелкая плавающая и блочная загрузки были извлечены из установки ввиду выявленных недостатков.

Рис. 5. Носители биопленки в усовершенствованной установке: а) стационарный слой в затопленном биофильтре (на базе штатной загрузки установки); б) новая загрузка для 3-й и 4-й ступеней биореактора

На базе эрлифтов смонтированы внутренняя рециркуляция потока, содержащего нитраты, из 4-го биореактора в 1-й и рециркуляция осадка из отстойника в камеру коагуляции для предотвращения загнивания осадка и улучшения образования флокул. Образующийся осадок по мере накопления откачивается насосами и обезвоживается в фильтрующих мешках.

После проведенных мероприятий количество биопленки на поверхности загрузочного материала значительно увеличилось (рис. 6), возросла эффективность очистки по органическим веществам и азотным соединениям, результаты приведены ранее в табл. 2. За счет внутренней рециркуляции и усреднения нагрузка на биоценоз стала равномерной независимо от расхода поступающих сточных вод, низкие концентрации загрязнений наблюдаются уже после 1-го биореактора, а завершение процесса очистки в основном происходит после 2-го. Последнее обстоятельство вызвано многократной недогрузкой установки в момент проведения работ.

Рис. 6. Биозагрузка биофильтра после проведения работ. Видно хорошее обрастание биопленкой

Как выглядит установка после проведения работ, показано на рис. 7.

Рис. 7. Внешний вид установки с усреднительной емкостью после модернизации

Важной составляющей совершенствования КОС является разработка простого и понятного для работников алгоритма эксплуатации сооружений с четким перечнем необходимых ежедневных, еженедельных и ежемесячных операций, а также обучение персонала технологическим основам и методам оперативного лабораторно-аналитического контроля эффективности работы сооружений. Проведение этих мероприятий позволяет повысить надежность работы КОС и осознанность ее эксплуатации, что подтверждается продолжительной высокой эффективностью очистки сточных вод.

Все работы должны проводиться поэтапно, по возможности лишь с кратковременными перерывами в работе КОС для сокращения негативного воздействия на окружающую среду.

Выводы

Исследования различных очистных сооружений промышленно-логистических площадок позволили выявить особенности их работы и методы совершенствования.

Реновация большинства неработающих КОС возможна и включает:

  • сбор и анализ достоверных данных по конкретному объекту с учетом его особенностей;
  • подбор и реализацию индивидуальных технологических решений, направленных на повышение эффективности работы сооружений при условии максимального использования имеющихся резервов;
  • подготовку КОС к эксплуатации, в том числе переподготовку обслуживающего персонала.

Поэтапное внедрение индивидуальных технологических решений и контроль обратной связи позволяют повысить эффективность и надежность работы сооружений. Такой подход обеспечивает максимальную отдачу от финансовых вложений.

-------------------------------------------------------------------------------------------

*Согласно терминологии ИТС 10−2015, для сверхмалых КОС среднесуточный приток составляет от 10 до 100 м³/сут, для малых — от 101 до 1000 м³/сут. В статье будем называть такие сооружения «малые КОС» (рис. 2).

**Кулаков А. А. Эффективный жизненный цикл малых канализационных очистных сооружений // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2020. № 2. С. 55−64.

***Кулаков А. А. Малые канализационные очистные сооружения: проблемы выбора технического решения. Пути эффективного устранения последствий неудачного выбора // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2019. № 6. С. 12−22.