Введение

В настоящее время многие объекты водоотведения в Российской Федерации устарели как морально, так и физически; а используемое оборудование имеет критическую степень износа и требует замены в кратчайшие сроки. Кроме того, применяемые технологии очистки воды часто не отвечают требованиям современного экологического законодательства.

В настоящей работе произведен анализ работы очистных сооружений сточных вод города Копейска. По данным Копейского Горводоканала средний  износ канализационных  сетей и сооружений на данный момент равен 74 %. Вследствие износа сетей, потери воды в сетях и утечки составляют до 26 %. Объемы сточных вод (33 тыс. м³/сут) превышают проектную производительность (12 тыс. м³/сут) почти в три раза. Очевидна необходимость реконструкции устаревшей системы очистки сточных вод города с применением современных методов и аппаратов очистки.

Существующие очистные сооружения сточных вод

Схема существующих очистных сооружений города Копейска представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема существующих очистных сооружений сточных вод

В настоящее время городские сточные воды г. Копейска проходят механическую очистку на решетках, песколовках и в первичных отстойниках. Крупные загрязнения задерживаются на решетках с ручным удалением отбросов, которые установлены в лотках перед песколовками и после них. Минеральные вещества задерживаются в двух песколовках с круговым движением воды. Осадок из песколовок перекачивается с помощью гидроэлеватора на две песковые площадки для обезвоживания. Площадки оборудованы вертикальным и горизонтальным дренажом. Дренажная вода поступает в первичные отстойники. Первичное отстаивание производится в 6 вертикальных отстойниках, отстойники круглые в плане, диаметром 7,0 м каждый.

После первичного отстаивания стоки распределительными лотками разделяются на три потока. По первому лотку сточные воды из 4-х отстойников (с 1-ого по 4-й) в количестве 41 % от общего расхода направляются по распределительным лоткам в аэротенки.  Биологическая очистка проводиться в аэротенках вытеснителях длиной 37,3 м и рабочей глубиной 3,15 м. Воздух для аэрации подается из воздуховодной станции. Аэраторы выполнены из пластмассовых труб.

Из аэротенков вода поступает в 4 вторичных вертикальных отстойника первой очереди диаметром 7,0 м каждый, где происходит отстаивание, и затем очищенная вода направляется в контактные резервуары.

По второму лотку сточные воды после первичного отстаивания в количестве 54 % направляются сразу в 4 четыре  вторичных отстойника второй очереди (без биологической очистки). Диаметр отстойников 9,0 м каждый. После отстаивания стоки смешиваются со стоками, прошедшими биологическую очистку, и поступают в контактные резервуары.

По третьему лотку стоки в количестве 5 % от общего расхода прошедшие только первичное отстаивание смешиваются с очищенными стоками из контактного резервуара и сбрасываются в оз. Курлады.

Обеззараживание сбрасываемых сточных вод производится с помощью газообразного хлора. Хлорная вода подается в контактные резервуары.

Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил из вторичных отстойников подается в метантенки, где происходит мезофильное сбраживание последнего, после чего осадок направляется на иловые площадки для обезвоживания. Иловая вода после иловых площадок подается насосами в голову очистных сооружений на песколовку. В настоящее время иловые площадки занимают значительные площади, вывоз осадка с них в достаточных объемах не производится.

Налажен приборный учет количества сточных вод поступающих на ОСК. Расход измеряется с помощью лотка Вентури, выполненного в прямоугольном проводящем лотке, по которому сточные воды после песколовок поступают в первичные отстойники. Над лотком установлен прибор ЭХО-Р.

Выпуск сточных вод ведется в мелководную часть озера. Выпуск очищенных сточных вод производится из контактных резервуаров по трубопроводу диаметром 600 мм. Сточные воды, прошедшие очистку только в первичных отстойниках, отводятся по трубопроводу диаметром 800 мм. Далее трубопроводы объединяются и одним общим выпуском сбрасываются в озеро. Водовыпускное устройство для транспортировки сточных вод к месту выпуска представляет собой канаву шириной 3 м и глубиной 1,5 м.  Тип выпуска – береговой.

Результаты лабораторного анализа показали, что существующая система очистки не обеспечивает соблюдения нормативов, установленных для сброса в водный объект по большинству показателей.

Динамика изменения БПК₅ в процессе очистки сточных вод представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Диаграмма изменения БПК₅ в процессе очистки сточных вод

Как видно диаграммы нормативное значение БПК₅ в очищенной воде не достигается. Это следствие того, что более половины объема сточных вод не проходит биологической очистки.

Динамика изменения концентрации взвешенных веществ в процессе очистки сточных вод представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Диаграмма изменения концентрации взвешенных веществ в процессе очистки сточных вод

Нормативное значение концентрации взвешенных веществ в процессе очистки сточных вод в течение 2012 – 2013 гг. достигалось не всегда, но было близко к нему.

Динамика изменения концентрации азота аммонийного в процессе очистки сточных вод представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Диаграмма изменения концентрации азота аммонийного в процессе очистки сточных вод

Как видно из рисунка 4, нормативное значение концентрации азота аммонийного не достигалось (вместо 0,4 мг/л оно составляло до 25 мг/л). Концентрация нитритов в сточных водах также превышала нормативную (рис.5). 

Рисунок 5 – Диаграмма изменения концентрации нитритов в процессе очистки сточных вод

По нитратам сбросы сточных вод осуществлялись в пределах нормативов (рис. 6). Это, однако, свидетельствует лишь о том, что в ходе очистки не происходит полного биохимического окисления как органических, так и минеральных соединений. При нормальном ходе биологической очистки происходит аэробное окисление аммонийного азота через нитритный до  нитратного.

 Рисунок 6 – Диаграмма изменения концентрации нитратов в процессе очистки сточных вод

 Динамика изменения концентрации фосфора фосфатов в процессе очистки сточных вод представлена на рисунке 7. Как видно, удаление азота при очистке из сточных вод не проиходит. Как показывает практика водоочистки, содержание фосфора в сточной воде после биологический очистки составляет обычно составляет 1,0 – 3,0 мг/дм³. 

Рисунок 7 – Диаграмма изменения концентрации фосфора фосфатов

В ходе мониторинга работы очистных сооружений сточных вод города Копейска были выявлены существенные недостатки, как то: значительное превышение фактической нагрузки на очистные сооружения над проектной; низкий эффект очистки от органических веществ, соединений азота и фосфора; использование запрещенной технологии обеззараживания сточных вод хлором [1]; высокий износ оборудования; функционирование неэффективной и экологически опасной технологии обработки осадков. Очистные сооружения нуждаются в скорейшей реконструкции.

Предлагаемый вариант реконструкции очистных сооружений

С учетом высокой скорости возведения нового жилья в г. Копейске производительность новых очистных сооружений следует принять 50 тыс. м³/сут. Схема предлагаемых очистных сооружений представлена на рисунке 8. Она включает в себя следующие блоки:

1. здание с решетками и песколовками;
2. МБР;
3. илоуплотнитель;
4. метантенки;
5. газгольдер;
6. центрифуги;
7. геотубы;
8. контактные резервуары.

Рисунок 8 – Схема предлагаемых очистных сооружений

Для механической очистки сточных вод предлагается применять компактную комбинированную установку механической очистки, состоящую из ступенчатой решетки с шириной прозоров 5 мм, системы промывки отбросов от органики, системы обезвоживания и уплотнения отходов, аэрируемой песколовки.

Далее поток направляется на мембранный биореактор (МБР), который установлен на месте аэротенков. Преимуществом МБР является значительное снижение площадей, занимаемых очистными сооружениями, так как реактор заменяет сразу несколько классических сооружений очистки. Он позволяет отказаться от стадий усреднения, первичного отстаивания, вторичного отстаивания, доочисток на фильтрах, обеззараживания, что позволяет сократить площадь станции. Кроме того он отличается большей надежностью и эффективностью очистки [2]. Реактор биологической очистки предлагается разделить на три зоны (анаэробную, аноксидную, аэробную), что позволит производит глубокое биологическое удаление азота и фосфора. Для достижения нормативных показателей предлагается в дополнение к биологической использовать химическую очистку сточных вод путем введения коагулянта Ferix 3, используемого на ряде российских водоканалов [3]. От зоны дефосфотизации МБР образуется химический активный ил. Он направляется в флотационный илоуплотнитель, размещенный на базе вторичных отстойников 1 и 2 очереди, активный ил от мембранной зоны МБР также направляем туда.

Обработанный ил из илоуплотнителя, а также осадок из контактных резервуаров направляют в метантенки где происходит мезофильное сбраживание с образованием 4008,8 м³/сут биогаза. Образующийся в метантенках биогаз направляется в газгольдер и расходуется на нужды станции.

Осадок, образующийся в метантенках, обезвоживается на центрифугах, после чего возможно производить его компостирование и использовать как удобрение в городском хозяйстве.

Часть воды из МБР, в объеме необходимом населению будет подвергаться обработке гипохлоритом натрия в контактных резервуарах и направляться на хозяйственные нужды населения. Невостребованная вода после МБР может без дополнительного обеззараживания сбрасываться в водоем.

Иловая вода от илоуплотнителей, метантенков и центрифуг повторно направляется на очистку в МБР.

Для решения проблемы осадков, которые в настоящее время размещены на иловых площадках, предлагается применять технологию геотубирования, которая успешно используется в г. Санкт-Петербурге [4]. Ее реализация позволит устранить неприятные запахи от складирования осадка; создать резервную систему обработки осадка на случай выхода из строя оборудования на комплексе обработки канализационных очистных сооружений; осуществить перераспределение складированного осадка, минимизировав территории площадью 10 – 15% от участка, занимаемого в настоящее время.

Проведенные технико-экономические расчеты показали, что капитальные затраты на реконструкцию составят порядка 1,4 млрд. рублей. Предотвращенный же экологический ущерб составит 50 млрд. рублей в год.

Заключение

Таким образом, показано, что в настоящее время нагрузка на очистные сооружения сточных вод г. Копейска превышает проектную в 3 раза (12 тыс. м3/сут и 33 тыс. м3/сут соотвественно). Концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах превышают нормативные по БПК5  в 20,5 раза, по азоту аммонийному в 35 раз, по азоту нитратов в 23,8 раза, по фосфору фосфатов в 5 раз.

Предложен вариант реконструкции станции очистки сточных вод с применением технологии МБР и глубокого удаления азота и фосфора. Реконструкция позволит снизить концентрации загрязняющих веществ до следующих значений: БПК₅ – 2 мг/л; азот аммонийный – 0,2 мг/л; азот нитратов – 10,5 мг/л; фосфор фосфатов – 0,31 мг/л.

Осадки, хранящиеся на иловых площадках предлагается обезвредить с использованием технологии геотубирования. Вновь образующиеся осадки будут подвергаться анаэробной стабилизации в метантенках с образованием 4008,8 м³/сут биогаза.

1. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. М, 2012. 83 с.
2. Трунов П.В. Особенности процесса очистки сточных вод в погружных мембранных биореакторах // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.93. К.: Техніка, 2010. С.133 – 137.
3. Соловьева Е.А. Совершенствование технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка: автореферат диссертации на соискание ученой степени. СПб, 2009. 15с.
4. Рублевская О.Н. Технологии и методы обработки осадка сточных вод» Директор Дирекции систем водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга // Чистая вода – 2010: материалы конференции, Екатеринбург, 2010. С.15 – 20.

Все статьи автора «maestro»