Концепция реконструкции городских очистных сооружений канализации г. Самары

Аннотация

Представлены результаты многолетних исследований по повышению качества очистки сточных вод на городских очистных канализационных сооружениях г. Самары. Наиболее приемлемой для дальнейшей реконструкции сооружений является технология Кейптаунского университета, что обусловлено низкой концентрацией органических веществ в осветленной сточной воде и высоким отношением концентрации биогенных элементов к БПК. В настоящее время планируются исследования по биомембранной очистке с применением половолоконных мембран и оборудования компании «Дженерал Электрик». Для этого необходимо строительство здания решеток, а также размещение установки ультрафиолетового обеззараживания очищенных сточных вод. Стоимость реконструкции очистных сооружений составит 11,8 млрд. руб.

Ключевые слова

биологическая очистка , ультрафиолетовое обеззараживание , канализационные очистные сооружения , решетка , мембранный биореактор

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Городские очистные канализационные сооружения (ГОКС) г. Самары введены в эксплуатацию в 1970–1980 годы (первая очередь – в 1974 г., вторая – в 1980 г., третья – в 1985 г.). В комплекс сооружений входят: 2 приемные камеры; 2 водоизмерительных лотка Паршаля; 6 аэрируемых песколовок, 4 песколовки с гидросмывом; 4 распределительных камеры первичных отстойников; 4 песковые площадки; 2 насосные станции сырого осадка; 7 первичных радиальных отстойников диаметром 54 м; 12 четырехкоридорных аэротенков с регенераторами (размер коридора 120Ч9Ч5,2); 4 эрлифтные камеры; 8 иловых камер; 8 вторичных радиальных отстойников диаметром 54 м; насосная станция избыточного ила; воздуходувная станция с градирней; иловая насосная станция; резервуар сырого осадка и уплотненного ила; станция обезвоживания осадка; резервуар сброженного осадка; хлораторная со складом хлора; 2 камеры выпуска с семью нитками выпуска; 207 иловых карт.

Подача сточных вод осуществляется в приемные камеры очистных сооружений тремя насосными станциями. Механизированные решетки установлены только на канализационных насосных станциях.

На очистных сооружениях применяется традиционная технологическая схема биологической очистки сточных вод. Проектная производительность очистных сооружений – 1 млн. м³/сут стоков. За период с 1994 по 2006 г. среднесуточное поступление сточных вод составило 704,6 тыс. м³, за 2008–2010 годы – 551,3 тыс.м³. Данные по эффективности очистки сточных вод по основным показателям (среднемесячным концентрациям за 2008–2010 годы) в сравнении с нормативно допустимым сбросом (НДС) представлены в табл. 1 и 2.

Очистные сооружения работают эффективно в соответствии с параметрами проектной документации. Однако отсутствие решеток приводит к частым засорам систем удаления песка, сырого осадка и перекачки активного ила, что отрицательно влияет на работу технологического оборудования. Поэтому для повышения эффективности работы сооружений механической очистки и, как следствие, всех остальных сооружений в первую очередь необходимо установить решетки. Предпроектная документация по выбору варианта установки механических решеток на ГОКС МП «Самараводоканал» выполнена ООО НПФ «ЭКОС» (г. Самара) в 2010 г.

Сравнивая средние значения концентраций загрязнений в очищенной воде с нормативно допустимыми концентрациями, можно отметить, что нормативы выполняются только по содержанию нефтепродуктов, свинца, железа, хлоридов и общему солесодержанию.

Согласно данным табл. 1, сооружения механической очистки на ГОКС работают достаточно эффективно для обеспечения допустимых концентраций загрязняющих веществ в осветленной сточной воде перед сооружениями биологической очистки. Поэтому для выполнения требований нормативно допустимого сброса по концентрациям загрязнений в очищенной воде необходимо повысить эффективность работы сооружений биологической очистки.

В 2004–2009 годах были проведены исследования по биологической очистке осветленных сточных вод ГОКС с удалением биогенных элементов по следующим технологическим схемам: АВ-процессу, Bardenpho и технологии Кейптаунского университета. Результаты исследований, выполненных на лабораторных установках, работающих по всем вышеперечисленным схемам, представлены в работе [1].

По результатам исследований были сделаны следующие выводы.

1. Применение рассмотренных схем повышает эффективность очистки сточных вод по содержанию азота и фосфора по сравнению с традиционной схемой биологической очистки, используемой на очистных сооружениях г. Самары.
Технология АВ-процесса характеризовалась высокой интенсивностью окисления загрязнений по ХПК и БПК, особенно на первой ступени сооружений, однако денитрификация была не развита, а содержание фосфатов в очищенной воде увеличивалось по сравнению с исходными концентрациями.
При работе экспериментальной установки по схеме Bardenpho отмечено снижение значений ХПК и БПК₅ в среднем до нормативных требований для рыбохозяйственного водоема. Также отмечено наличие нитри- и денитрификации в течение всего эксперимента, однако концентрация фосфатов на выходе из установки во всех экспериментах увеличивалась в среднем на 0,4 мг/л по сравнению с исходной сточной водой.
При работе экспериментальной установки по схеме Кейптаунского университета имели место процессы дефосфатации и денитрификации, однако снижение концентраций ХПК и БПК₅ было менее существенно, нежели в рассмотренных ранее схемах.
Исследование известных технологических схем биологической очистки (АВ-технология, Bardenpho и Кейптаунского университета) показало возможность улучшения работы очистных канализационных сооружений г. Самары по удалению биогенных элементов и органических веществ.

Наиболее приемлемой для дальнейшей реконструкции ГОКС г. Самары является технология Кейптаунского университета, что обусловлено низкой концентрацией органических веществ в осветленной сточной воде и высоким отношением концентрации биогенных элементов к БПК.

Проведенные исследования показывают, что объемы аэротенков не позволяют выполнить требования нормативно допустимого сброса по органическим веществам, соединениям азота и фосфора. Для достижения установленных норм требуется увеличение окислительной мощности. Данная задача может быть решена за счет применения мембранного биореактора, в котором концентрация активного ила будет примерно в 3 раза выше, чем при традиционной биологической очистке. Кроме того, мембранный биореактор обеспечивает селекцию микроорганизмов, способных окислять биорезистентные соединения.

В настоящее время планируются исследования по биологической очистке осветленных сточных вод ГОКС г. Самары в мембранном биореакторе с применением половолоконных мембран и установки ZW-10 компании «Дженерал Электрик». Данные, приведенные в работе [2], а также результаты исследований по очистке сточных вод Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода (Самарская область) [3] свидетельствуют о том, что биомембранная технология обеспечит значительно лучшее качество очищенных сточных вод по сравнению с традиционной биологической очисткой, и по большинству загрязнений будут достигнуты концентрации ниже значений нормативно допустимого сброса.

Многочисленные исследования по обеззараживанию очищенных сточных вод, проведенные за последние 20 лет, в том числе на ГОКС г. Самары [4; 5], убедительно доказывают необходимость внедрения метода обеззараживания сточных вод ультрафиолетовым излучением. УФ-облучение – высокоэффективная технология, безопасная в эпидемиологическом отношении, и не сопровождается образованием побочных продуктов, негативно влияющих на окружающую природную среду и здоровье человека.

С учетом вышеизложенного можно выделить основные направления по реконструкции городских очистных сооружений канализации г. Самары с целью доведения качества очищенных сточных вод до требований нормативно допустимого сброса. Для выполнения этих требований по целевым показателям (органическим загрязнениям, взвешенным веществам, соединениям азота и фосфора) предлагается проведение реконструкции очистных сооружений в два этапа. На первом этапе обеспечивается выполнение нормативно допустимого сброса по нитратам и значительное сокращение концентрации фосфора при расчетной производительности сооружений 551 тыс. м³/сут, т. е. на уровне существующего притока сточных вод. На втором этапе достигается выполнение норм по всем показателям с увеличением расчетной производительности до 830 тыс. м³/сут без строительства дополнительных объемов аэротенков.

Первый этап реконструкции включает:

строительство механизированных решеток (производительность 1 млн. м³/сут);
реконструкцию песколовок (1 млн. м³/сут);
реконструкцию системы удаления сырого осадка с внедрением в первичных отстойниках режима ацидофикации;
реконструкцию аэротенков с внедрением технологии биологического и (или) реагентного удаления соединений фосфора и биологической нитри- и денитрификации (551 тыс. м³/сут);
строительство установки УФ-обеззараживания очищенных сточных вод (1 млн. м³/сут).

Второй этап реконструкции предусматривает переход на технологию с использованием мембранного биореактора. Увеличение производительности сооружений до 830 тыс. м³/сут будет обеспечено за счет повышения концентрации активного ила без строительства новых аэрационных сооружений.

Результаты расчета затрат на строительство и реконструкцию объектов ГОКС г. Самары (в ценах на 1 апреля 2011 г.) по этапам представлены в табл. 3.

Выводы

Концентрации загрязнений в очищенных сточных водах городских очистных канализационных сооружений г. Самары соответствуют требованиям нормативно допустимого сброса только по нефтепродуктам, свинцу, железу, хлоридам и общему солесодержанию.

Исследование известных технологических схем биологической очистки позволяет рекомендовать применение на ГОКС г. Самары технологии Кейптаунского университета.

Биомембранная технология очистки сточных вод обеспечит значительно лучшее качество очищенных сточных вод по сравнению с традиционной биологической очисткой: по большинству показателей можно получить концентрации загрязнений ниже установленных значений нормативно допустимого сброса без применения сооружений глубокой очистки.

Стоимость реконструкции и строительства новых сооружений составит 11,8 млрд. руб.

Список цитируемой литературы

Степанов А. С. Исследование и оптимизация процессов удаления биогенных элементов из городских сточных вод: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Самара, 2009.
Храменков С. В., Козлов М. Н., Харькина О. В., Николаев Ю. А. Перспективы внедрения мембранной технологии на московских очистных сооружениях // Водоснабжение и сан. техника. 2010. № 10, ч. 1.
Степанов С. В., Сташок Ю. Е., Стрелков А. К., Ноев Н. В. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающего завода с использованием мембранной и биомембранной технологий // Вода Magazine. 2010. № 12.
Кирсанов А. А., Колчев В. Н., Быкова П. Г., Зайцева С. Г. Внедрение технологии УФ-обеззараживания на предприятиях коммунального хозяйства г. Самары // Водоснабжение и сан. техника. 2006. № 9, ч. 2.
Храменков С. В., Пахомов А. Н., Богомолов М. В. и др. Разработка и внедрение системы УФ-обеззараживания сточных вод г. Москвы // Водоснабжение и сан. техника. 2008. № 4.