Подходы к созданию методологии реконструкции очистных сооружений

УЕБТЫК

мвви

БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ГЕОЭКОЛОГИЯ

УДК 628.32

Е.С. Гогина

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ МЕТОДОЛОГИИ РЕКОНСТРУКЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Приведен анализ сложившегося в РФ за последние годы положения в области очистки сточных вод и состояния очистных сооружений. Отмечено, что многие очистные сооружения в силу морального и физического износа не могут обеспечить необходимого качества очистки, особенно в условиях ужесточившегося законодательства, и требуют реконструкции. Подходы к вопросу реконструкции очистных сооружений должны быть обоснованы с экономической и технологической точки зрения. Предложен алгоритм подхода к решению вопросов реконструкции очистных сооружений.

Ключевые слова: методология реконструкции, биологическая очистка сточных вод, удаление биогенных элементов, азот, фосфор, очистные сооружения.

Изучая на протяжении десятков лет подходы к очистке сточных вод при проектировании и реконструкции очистных сооружений водоотведения, поневоле возникает мысль, что основной идеологией в этом направлении является максимальное увеличение капитальных и эксплуатационных затрат, а не идеи минимизации вложений за счет использования современных технологий в очистке сточных вод. Т.е. главная цель заключается не в модернизации и реконструкции очистных сооружений с применением современных технологий и достижений высокой степени очистки сточных вод, а в получении максимальной выгоды при увеличении капитальных и эксплуатационных затрат.

Реформирование коммунального хозяйства в РФ не привело к улучшению положения, более того, после передачи большинства очистных сооружений в подчинение муниципальным образованиям их эксплуатация и состояние значительно ухудшилось по следующим причинам:

недостаток квалифицированного персонала по эксплуатации очистных сооружений в муниципальных эксплуатирующих органах;

серьезные финансовые трудности по содержанию сооружений очистки сточных вод и улучшению качества очистки;

отсутствие производственной базы для выпуска оборудования для очистных сооружений;

отсутствие четко продуманной программы по модернизации систем очистки сточных вод.

Во всем мире основными требованиями, которые предъявляются к современным системам водоотведения (в т.ч. и в РФ), являются надежность, экологическая безопасность, энергосбережение.

В связи со спадом промышленного производства антропогенное воздействие на окружающую среду на сегодняшний день в РФ значительно уменьшилось, но резервы водоисточников истощаются из-за большого объема водопотребления и неэффек-

ВЕСТНИК 10/2012

тивной очистки сточных вод. Положение усугубляется тем, что за последние 10 лет многие канализационные очистные сооружения остались бесхозными, находятся в аварийном состоянии, не удовлетворяют техническим и технологическим требованиям, перегружены по воде и загрязнениям. Например, по Московской области отводится на очистные сооружения около 3 млн м3/сут. сточных вод. Из них 2,4 млн м3/ сут. обрабатывается на 880 комплексах очистных сооружений, расположенных на территории области, и 0,6 млн м3/сут. — на очистных сооружениях г. Москвы.

По данным государственного учета вод, из общего объема водоотведения в поверхностные водные объекты сбрасывается загрязненных сточных вод — 182,4, без очистки — 22, недостаточно-очищенных — 160,4, нормативно-чистых — 3,63, нормативно-очищенных — 10,5 млн м3. Этот показатель говорит о работе и состоянии очистных сооружений. В большинстве своем находятся в технически неисправном состоянии очистные сооружения предприятий жилищно-коммунального хозяйства.

Таким образом, если рассматривать укрупненно только 5 % сточных вод, сбрасываемых в водоем, удовлетворяют современным требованиям по сбросу сточных вод: 20 % — удовлетворяют требованиям по основным показателям, но не удаляют биогенные элементы до нормативных значений; 75 % — не удовлетворяют требованиям СанПин по сбросу сточных вод в водоемы различного значения.

Основной причиной сложившейся ситуации являются некоторые особенности водоотведения в РФ. Основным фактором здесь можно назвать качество поступающей на очистные сооружения сточной жидкости. В табл. 1 приведены данные о количестве загрязнений, приходящихся на 1 человека в год в различных странах мира.

Табл. 1. Количество загрязняющих веществ на одного жителя в странах мира

Страны БПК, Взв. Вещества, кг./ чел. Общий азот, Общий фосфор, кг./ чел.

кг./ чел. -год •год кг./ чел. -год •год

Дания 20...25 30.35 5.7 1,5.2

Бразилия 20...25 20.25 3.5 0,6.1

Египет 10.15 15.25 3.5 0,4.0,6

Германия 18.22 30.35 4.6 1,2.1,6

Индия 10.15 — — —

Италия 18.22 20.30 3.5 0,6.1

Швеция 25.30 30.35 4-6 0,8.1,2

Турция 10.15 15.25 3-5 0,4.0,6

США 30.35 30.35 5.7 1,5.2

Россия 14,6 23,7 2,9 1,2

В целом по РФ количество загрязнений на одного жителя в несколько раз меньше, чем в других странах мира. Отсюда и качество сточной воды, которая приходит на очистные сооружения (табл. 2) [2—4].

Табл. 2. Характеристики сточных вод РФ и стран Западной Европы

Показатель загрязненности Российская Федерация Западноевропейские страны

БПК5, мг/л 135.176 300.350

ЫН4, мг/л 25,7.34,8 30.50

Азот общий, мг/л 30.38 50.80

Соотношение БПК5 /Ы 4,5.4,6 6.7

Фосфаты, мг/л 2,28.3,38 7.10

Фосфор общий, мг/л 3,99.8,86 10

Соотношение БПК5 /Р 19,9.33,8 30

Приведенные соотношения далеки от требуемых для нормальной биологической очистки. Этот фактор существенно влияет на качество очищенной сточной воды, а также на технологии, которые должны и могут быть применены в условиях РФ.

Нельзя не остановиться также на требованиях к качеству очищенной сточной воды, сбрасываемой в водоемы рыбохозяйственного значения (табл. 3) [1].

Табл. 3. Требования к очистке городских сточных вод в РФ

Наименование показателей загрязнений

Допустимые концентрации для сброса в водоем рыбохозяйственного значения

БПК5, мг/л

3,0

Азот аммонийный, мг/л

0,39

Азот нитратный, мг/л

9,0

Азот нитритный, мг/л

0,01

Фосфор ортофосфатов, мг/л

0,2

Взвешенные вещества, мг/л

5...6

Еще одним фактором, влияющим на существующее положение, является то, что на действующих очистных сооружениях применяемые технологические схемы для биологической очистки сточных вод не обеспечивают эффективного удаления соединений азота и фосфора до современных нормативных показателей по сбросу очищенных стоков в водоемы. В частности, удаление аммонийного азота из сточных вод составляет 20...40 %, в то время как доказано, что с использованием специальных технологий очистка сточных вод по этому веществу должна составлять не менее 80...90 %. Аналогичные решения существуют и по снижению концентрации фосфатов в очищенной воде [4—7].

Таким образом, основными причинами сложившейся ситуации по качеству очистки сточных вод в РФ можно назвать следующие:

большинство очистных сооружений построены до начала 90-х гг. XX в.; количественное соотношение основных загрязнений БПК:№Р не удовлетворяет требуемому для качественной биологической очистки сточных вод;

комплексная модернизация очистных сооружений требует больших капитальных затрат и поэтому реконструкция не выполняется в полном объеме;

применение современных технологий без привязки к конкретным условиям; плохая эксплуатация очистных сооружений.

Однако, анализируя работу даже хорошо работающих очистных сооружений и оценивая сложившуюся ситуацию в целом, нельзя не остановиться на показателе эффективности работы очистных сооружений. На рис. 1 представлена диаграмма, наглядно описывающая результаты проведенных исследований, посвященных изучению этого вопроса.

24 % — Состояние технологических и инженерных коммуникаций

22 % — Строительные конструкции, их состояние, качество строительных работ

12 % — Механическое оборудование, энергоснабжение, КИПиА

14 % — Состав и качество сточных вод

28 % — Технологическая схема очистки сточных вод, эксплуатация и квалификация обслуживающего персонала

Рис. 1. Оценка эффективности работы очистных сооружений РФ

вестник 10/2012

Исходя из всего вышесказанного, хотелось бы определить основные цели и направления работ по модернизации очистных сооружений. Согласно проведенному анализу представляется логичным наметить следующие цели модернизации: улучшение экологического состояния водоемов РФ; достижение требуемого качества очищенных сточных вод; увеличение производительности очистных сооружений; автоматизация работы очистных сооружений; уменьшение количества осадков сточных вод.

При этом основные направления модернизации очистных сооружений в первую очередь включают в себя [5—7]:

регулирование расходов и концентраций сточных вод, поступающих на очистные сооружения;

глубокую очистку сточных вод, в том числе с удалением биогенных элементов; обработку осадков сточных вод, включая обработку фугата. В результате анализируя поставленные цели и направления модернизации, пути решения сложившейся ситуации видятся следующим образом:

комплексный подход — модернизация комплекса очистных сооружений, а не отдельных элементов;

применение современных технологий с учетом местных условий и условий эксплуатации очистных сооружений;

применение технологий очистки сточных вод, специально разработанных для условий РФ;

расчет очистных сооружений с учетом нормативных требований по сбросу сточных вод для РФ.

Говоря о комплексном подходе, особый акцент следует сделать на этапности проведения работ (рис. 2).

Рис. 2. Этапы проведения работ по реконструкции очистных сооружений

В каждом конкретном случае перед началом проектных работ необходимо провести предпроектные комплексные исследования состояния объекта и изучение количества и качества сточных вод. Только после этого возможно разрабатывать рекомендации по реконструкции сооружений с максимальным использованием существующих емкостей и строений и применением современных технологий очистки сточных вод, пригодных для конкретного объекта.

Методы реконструкции очистных сооружений средних и малых городов в значительной мере отличаются от приемов реконструкции комплексов очистки сточных

вод крупных и крупнейших городов и, прежде всего, это зависит от коэффициента неравномерности поступления на очистные сооружения сточных вод, а также сани-тарно-химических показателей стока. Так, например, наличие в крупном городе промышленных предприятий в меньшей степени оказывает влияние на качественные характеристики сточных вод, чем в небольшом городе или населенном пункте.

Хотелось бы более подробно остановиться на концепциях проведения реконструкции действующих объектов водоотведения, так как реконструкция позволяет значительно минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты, повысить эффективность и обеспечить необходимую надежность работы систем и сооружений.

Прежде всего, реконструкция инженерных систем и сооружений водоснабжения и водоотведения предполагает поэтапное выполнение мероприятий, направленных на улучшение качественных показателей очищенной воды, без остановки сооружений и вывода их из эксплуатации.

В процессе реконструкции первоначально решаются задачи по увеличению пропускной способности очистных сооружений, т.е. показатели очищенной сточной воды должны соответствовать полной биологической очистке, а в дальнейшем уже решаются проблемы улучшения качества очищенной сточной воды. Завершающими являются мероприятия, позволяющие обеспечить нормативные показатели очищенной воды перед сбросом в водоем, а это значит, что она должна полностью отвечать современным нормативным требованиям (в т.ч. и по биогенным элементам).

При этом не следует забывать, что существующие нормативные документы не содержат практически никаких положений, позволяющих технически грамотно выполнить мероприятия по реконструкции систем и сооружений водоотведения. Поверочные расчеты, которые выполняются по этим нормативным документам, не учитывают современных требований к очистке сточных вод.

Особенностью, выявленной при проведении научно-прикладных исследовательских работ, является то, что на каждом объекте, несмотря на использование типовых сооружений, приходится решать различные проблемы в конкретных, присущих только данному объекту, условиях. В этом и состоит основное отличие проектирования новых очистных сооружений и реконструкции действующих сооружений. Действующие очистные сооружения отличаются друг от друга многими факторами: количество поступающих сточных вод; качество водопроводной воды;

качество сточной воды, которое зависит от наличия промышленных предприятий на канализуемом объекте, степени локальной очистки производственных стоков на этих предприятиях и мощности предприятий;

степень физической и моральной изношенности сооружений; год постройки и пуска в эксплуатацию; особенности эксплуатации очистных сооружений; соответствие сооружений и технологии очистки проектным решениям; ранее проведенная реконструкция отдельных узлов или сооружений. Комплекс работ по восстановлению и реконструкции действующих очистных сооружений включает в себя ряд организационных, технологических, технических и экономических мероприятий, состав которых зависит от пропускной способности очистных сооружений и ожидаемых конечных результатов реконструкции. Основными мероприятиями являются:

ознакомление с существующей документацией действующих очистных сооружений и постановка задачи, которая должна быть решена при восстановлении или реконструкции;

определение состава и количества поступающих сточных вод, выяснение перспективы развития канализуемого объекта;

ВЕСТНИК 10/2012

проведение обследования всех строений, емкостей и узлов с определением состояния строительных конструкций и оборудования; уточнение эффективности работы каждого сооружения и узла и т.п.;

проведение поверочного расчета с определением пропускной способности сооружений;

разработка предпроектных решений для реконструкции очистных сооружений на основании полученных данных и технического задания;

разработка проекта реконструкции очистных сооружений в соответствии с рекомендациями при максимальном использовании существующих на объекте строений и емкостей;

производство строительно-монтажных работ с одновременным проведением технологических пуско-наладочных работ и выполнением авторского надзора;

пуско-наладка оборудования и запроектированной технологии очистки сточных вод с разработкой инструкции (регламента) по эксплуатации очистных сооружений.

Таким образом, разумное сочетание принципов реконструкции очистных сооружений, разработка новых методов глубокой очистки сточных вод и внедрение новых материалов и реагентов поможет справиться с насущной проблемой сброса неочищенных сточных вод в водоемы РФ. А на основании вышеизложенной концепции, подтвержденной практическим внедрением, впервые разрабатывается методология проведения работ по реконструкции очистных сооружений.

Библиографический список

1. СанПиН 2.1.5.980—00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод, утв. в РФ с 22.06.2000.

2. Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer AbwV -Abwasserverordnung, vom 17. Juni 2004, Deutschland.

3. Water Environmental Federation, Design of municipal wastewater treatment plant, USA, 1992.

4. Tserashchuk M. Erforschung der Grundlagen der Abbauvorgänge beim Belebungsverfahren bei tiefen Temperaturen unter Berücksichtigung der russischen Abwasserbeschaffenheit. Deutschland, Bochum.

5. Гогина Е.С. Исследование технологической схемы биологической очистки сточных вод для реконструкции очистных сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2011. № 11. С. 25—33.

6. Гогина Е.С., Саломеев В.П., Макиша Н.А., Решение вопросов удаления биогенных элементов из сточных вод // Водоснабжение и канализация. 2011. № 6. С. 23—27.

7. Гогина Е. С., Саломеев В.П. Применение одноиловой системы денитри-нитрификации для реконструкции биологических очистных сооружений // Вестник МГСУ 2009. № 4. С. 32—36.

Поступила в редакцию в августе 2012 г.

Об авторе: Гогина Елена Сергеевна — кандидат технических наук, профессор кафедры водо-отведения и водной экологии, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 318 г, (8495)730-62-53, goginaes@mgsu.ru.

Для цитирования: Гогина Е.С. Подходы к созданию методологии реконструкции очистных сооружений // Вестник МГСУ № 10. С. 199—205.

E.S. Gogina

APPROACHES TO DEVELOPMENT OF THE METHODOLOGY OF RECONSTRUCTION OF WASTE WATER TREATMENT PLANTS

The article has the author's analysis of the status of the sector of wastewater treatment and the condition of waste water treatment plants (WWTPs). It is pointed out that a big number of

WWTPs fail to perform proper treatment due to their being worn-out and obsolete. However a tougher legislation accelerates their reconstruction. Approaches to the WWTP reconstruction should demonstrate a strong economic and technological base. The author proposes a new algorithm for their reconstruction.

A sensible combination of the principles of WWTP restructuring, development of new fine wastewater cleaning methods, and assimilation of new materials and chemical agents will help resolve the vital problem of waste water discharge into Russia's water bodies. This is the first methodology of reconstruction of WWTPs developed on the basis of the above concept and supported by practical implementation.

Key words: methodology of reconstruction, biological treatment of waste water, biogenic compounds removal, nitrogen, phosphorus, waste water treatment plants (WWTPs).

References

1. SanPiN 2.1.5.980—00. Gigienicheskie trebovaniya k okhrane poverkhnostnykh vod, utv. v RF s 22.06.2000. [Sanitary Rules and Norms 2.1.5.980-00. Hygienic Requirements Applicable to Protection of Water, approved in the RF as of 22.06.2000].

2. Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer AbwV - Abwasserverordnung, vom 17. Juni 2004, Deutschland.

3. Water Environmental Federation, Design of Municipal Wastewater Treatment Plant, USA, 1992.

4. Tserashchuk M. Erforschung der Grundlagen der Abbauvorgänge beim Belebungsverfahren bei tiefen Temperaturen unter Berücksichtigung der russischen Abwasserbeschaffenheit. Deutschland, Bochum.

5. Gogina E.S. Issledovanie tekhnologicheskoy skhemy biologicheskoy ochistki stochnykh vod dlya rekonstruktsii ochistnykh sooruzheniy [Research of the Schematic Procedure of Biological Treatment of Waste Water within the Framework of Restructuring of WWTPs]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Engineering]. 2011, no. 11, pp. 25—33.

6. Gogina E.S., Salomeev V.P., Makisha N.A. Reshenie voprosov udaleniya biogennykh elementov iz stochnykh vod [Removal of Biogenic Elements from the Waste Water]. Vodosnabzhenie i kanalizatsiya [Water Supply and Sewerage]. 2011, no. 6, pp. 23—27.

7. Gogina E.S., Salomeev V.P. Primenenie odnoilovoy sistemy denitrinitrifikatsii dlya rekonstruktsii biologicheskikh ochistnykh sooruzheniy [Application of the Silt Denitrification System in Reconstruction of Biological Wastewater Treatment Structures]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, no. 4, pp. 32—36.

8. Gogina E.S., Salomeev V.P, Ryzhkov A.D. Problema udaleniya biogennykh elementov iz by-tovykh stochnykh vod [The Problem of Removal of Biogenic Elements from Domestic Waste Water]. Ekologiya [Ecology]. 2008, no. 2.

About the author: Gogina Elena Sergeevna — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Waste Water Treatment and Water Ecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), Room 318g 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; goginaes@mgsu. ru; +7 (495) 730-62-53.

For citation: Gogina E.S. Podkhody k sozdaniyu metodologii rekonstruktsii ochistnykh sooruzheniy [Approaches to Development of the Methodology of Reconstruction of Waste Water Treatment Plants]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 199—205.