CC BY
2
УДК 628.21
ао1: 10.48612МшШ/2024_50_110-117
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ РЕНОВАЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАНАЛИЗАЦИИ
Н. А. Залётова С. В. Залётов
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация
В статье рассмотрены особенности проведения предпроектных работ при реконструкции очистных сооружений водоотведения с целью повышения степени очистки сточных вод в соответствии с современным законодательством. В отличие от типового проектирования, характерного для предыдущих лет, подготовка к современному проектированию требует анализ работы сооружений, подлежащих реконструкции, выполнение оценки расхода сточных вод, установление характерного уровня загрязнения сточных вод, анализ научно-технических источников, представляющих новые технологические решения и особенности их реализации. Полученная информация должна быть положена в основу разработки новой технологической схемы проектируемого объекта. Все усилия необходимы, чтобы технологическая
схема очистки сточных вод, в которой процессы изъятия отдельных элементов из сточных вод фактического состава наиболее эффективно вписывались бы в общую технологическую схему очистки сточных вод конкретного объекта.
Ключевые слова
сточные воды, современные требования, качество очистки, предпроектные работы, новые технологии, соединения азота, фосфаты
Дата поступления в редакцию
04.03.2024
Дата принятия к печати
06.03.2024
Выполнение современных требований к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, предполагает применение новых технологий, позволяющих достигнуть по ряду загрязняющих веществ более глубокую очистку сточных вод, чем обеспечивает полная биологическая очистка [1 - 3]. Сегодня стоит сложная конкретная задача—помимо глубокого удаления органических и взвешенных веществ обеспечить изъятие конкретных биогенных веществ — соединений азота и фосфора — из сложных по составу сточных вод. Известно, что предельная величина концентраций загрязняющих веществ, допустимых к сбросу, обусловлена характером использования водного объекта. Нормативы (ПДК) для соединений азота — аммония солевого, нитритов и нитратов — установлены для водных объектов всех категорий: и рыбохозяйственного, и культурно-бытового водопользования. Фосфаты лимитируются показателем ПДК только при сбросе сточных вод в водоемы
рыбохозяйственного водопользования. Их величина обусловлена трофностью водных объектов — олиготрофных, мезотрофных, эвтрофных [4 - 6]. Следует подчеркнуть, что абсолютная величина установленных показателей ПДК одинакова для всех видов сточных вод. При этом известно, что состав исходной воды практически всегда разнообразен и индивидуален. Кроме того, практически всегда имеются различия в гидрологическом режиме водных объектов, используемых в качестве водоприёмных. Поэтому, при проектировании реновации очистных сооружений водоотведения, прежде всего, необходимо разработать и обосновать технологическую схему, которая обеспечивала бы действующие требования по сбросу реальной сточной воды в конкретный водный объект.
Прежде чем начать собственно разработку проекта реконструкции очистного сооружения, необходимо решить целый ряд предварительных задач: установить договорные отношения, выяснить объем предстоящих работ, собрать и оценить исходные данные по объекту на момент проектирования, проанализировать научно-техническую литературу и накопленный опыт исследований новых технологий, разработать технологическую схему очистки.
На этапе установления договорных отношений выполняется ряд формальных действий, как то: получение письменного запроса заказчика с указанием типа объекта и задач, которые следует решить; отправка в адрес заказчика письменного подтверждения о своей заинтересованности (или отказе) в выполнении задач, упомянутых в запросе; обсуждение с заказчиком перспектив развития систем водоснабжения и водоотведения объекта канализования, а также перспектив развития поселения; заключение договоров на выполнение работ по разработке исходных данных для проектирования объекта, составление договора и календарного плана выполнения работ.
Сбор исходных данных начинается с выезда на объект, где происходит непосредственное ознакомление с очистными сооружениями и выявление особенностей их эксплуатации. На очистных сооружениях необходимо изучить проект действующих сооружений, материалы исполнительной документации, регламент работы сооружений, отчеты наладочных организаций. На площадке очистных сооружений следует ознакомиться с основными сооружениями и конструкциями объекта. Одновременно визуально оценить физическое состояние сооружений [7 - 9].
Заключение о пригодности эксплуатирующихся сооружений к дальнейшему использованию дают привлеченные лицензированные эксперты специализированных организаций по строительству после проведения ими соответствующих визуального и инструментального изучения состояния объектов.
В результате выполненных работ по обследованию сооружений становится ясно, насколько целесообразно использовать в дальнейшем существующие сооружения. Наличие тех или иных работоспособных технологических емкостей и зданий на КОС, подлежащих реконструкции, может оказать влияние на выбор технологической схемы очистки. В том случае, когда конструкции сооружений обладают достаточными прочностными характеристиками, сооружения могут быть включены в новую технологическую схему. Если же сооружения продолжают эксплуатироваться на момент реконструкции, но железобетонные конструкции потеряли прочностные характеристики, в дальнейшем такие сооружения могут быть использованы лишь в качестве подсобных объектов, например, опалубки для новых технологических емкостей (при соответствующем технико-экономическом обосновании), либо должны быть заменены новыми.
В ходе технологической оценки очистных сооружений целесообразно ознакомиться с текущей работой и потенциалом химической лаборатории сооружений. Особого внимания требует изучение перечня загрязняющих веществ сточных вод, подлежащих химическому контролю, ознакомление с методиками проведения химических анализов, а также получение информации об объеме гидробиологических и микробиологических анализов активного ила и сточной воды. Как показал
03
г
м О
-I
м
Э СО
2 I
га и о
а ^
щ
о а
ей с
О *
I- га
:ш ¡е
с а
< £ ГО о
. I-
со 4
О 8
< га
са * ^
< с
т §
<Й X £
опыт обследования сооружений химические лаборатории далеко не всегда определяют показатели общего азота и фосфора, что затрудняет установление реальной эффективности изъятия соединений азота и фосфора.
На объектах, где установлены приборы для измерения расходов сточных вод, интерес представляет обработка фактических данных для оценки динамики поступления сточных вод на сооружения и расчет реальных коэффициентов неравномерности для определения расчетных расходов сточных вод проектируемых сооружений. При отсутствии измерительных устройств на очистных сооружениях могут быть проведены натурные замеры, представляющие собой ориентировочные показатели расходов сточных вод. Приблизительный расход сточных вод может быть также оценен по подаче питьевой воды на объект.
Существующие сооружения часто оказываются перегруженными по гидравлике, т. е. на момент проектирования на сооружениях обрабатывается количество сточной воды, превышающее расчетное, принятое ранее. Увеличение поступающего расхода сточных вод на сооружения может произойти при подключении к системе водоотведения нового жилого фонда, либо ранее не канализованных территорий. В отдельных случаях, наоборот, количество воды, поступающей на очистку, оказывается сокращенным из-за экономии воды, используемой жителями в квартирах, после установки измерительных приборов холодной и горячей воды, а также в результате вывода части предприятий из города. Перегруз сооружений по воде нередко не позволяет обеспечить выполнение ранее установленных требований к очистке на действующих сооружениях, заложенных в проектах.
За время эксплуатации очистных сооружений также может резко измениться состав сточных вод и сильно отличаться от расчетных параметров предшествующего проектирования. Анализ состава сточных вод и технологических параметров работы сооружений при проведении обследования выполняется не менее, чем за последние 3 - 5 лет.
В задачу технологического обследования входит оценка параметров работы сооружений, обеспечивающих достигаемое качество при действующем режиме очистки.
Поскольку широкое строительство очистных сооружений велось с начала 70-х годов, т. е. полвека назад, многие сооружения, в особенности небольшой производительности, пришли в полную непригодность. В большей части это относится к биофильтрам, которые с трудом могут быть превращены в современные сооружения, предназначенные для решения новых задач.
Для разработки новой технологической схемы реновации сооружений необходимо провести оценку эффективности работы каждого отдельного сооружения, входящего в состав технологической схемы городских очистных сооружений, для того, чтобы дать прогноз потенциальной возможности эффективно выполнять предопределенные функции работы сооружений предъявляемым современным требованиям.
При оценке работы сооружений рассматриваются такие параметры как производительность очистных сооружений, год ввода в эксплуатацию, расчетные расходы, принятые в проекте и расходы в текущий период, габариты, материалы отдельных конструкций, год проведения последнего капитального ремонта. Определяется процент износа основных конструктивных элементов. Проводится рассмотрение показателей эксплуатационной службы станции очистки сточных вод, желательно установить причины отклонения их работы (при наличии).
Эффективность работы городских очистных сооружений определяется путем сопоставления проектных показателей степени очистки сточных вод с фактическими.
Технологическая эффективность работы решеток уже к настоящему времени часто корректируется. При проектировании реконструкции очистных сооружений устанавливаются последовательно две решетки с различными прозорами для повышения эффективности задержания отбросов.
Считается, что песколовка работает эффективно, если процент задержания песка фракции 0,25 мм и более составляет не менее 70%, зольность песка—не менее 70%, содержание песка в осадке первичных отстойников не должно превышать 8%.
Технологическую эффективность работы первичных отстойников следует оценивать по отношению концентраций взвешенных веществ в поступающей и осветленной воде, по абсолютной концентрации взвешенных веществ в осветленной воде, а также по количеству задерживаемого осадка.
В настоящее время в связи с заинтересованным изучением технологии повышения эффективности удаления фосфатов биологическим методом и желанием использовать отстойники для реализации преферментации, роль и эффективность работы первичных отстойников подвергается дополнительному изучению.
Аэротенки и биофильтры действующих очистных сооружений должны обеспечивать биологическую очистку сточных вод от загрязняющих веществ, в основном, органического происхождения, которые находятся во взвешенном, коллоидном и растворенном состояниях. Технологическую эффективность работы аэротенков и биофильтров следует определять по качеству очищенной воды, выраженному обобщённым показателем БПК.
Технологическую эффективность работы вторичных отстойников следует оценивать по концентрации оставшейся части активного ила или биопленки в очищенной воде. Качество работы вторичных отстойников, являющихся завершающим этапом очистки сточных вод на станциях аэрации, в значительной степени определяет эффективность работы станции в целом.
Эффективно работающими очистными сооружениями являются сооружения, численные значения показателей качества очистки которых не превышают проектных или нормативных показателей. При проведении обследований наибольший интерес вызывает объем емкостных сооружений и конструктивное решение аэротенков и биофильтров.
Имеющихся данных о состоянии объекта может оказаться недостаточно для решения вопросов внедрения новых технологий. Для принятия решений по реновации, возможно, потребуется проведение дополнительных исследований с целью выявления и / или уточнения отдельных технологических параметров. Масштаб проведения исследований зависит от конкретной задачи и фактических возможностей на месте. Это могут быть опыты в лабораторных условиях, исследования на лабораторных моделях, на опытно-технологических, либо опытно-промышленных установках.
Наиболее доступным является выполнение работ в лабораторных условиях. Безусловно, желательно наличие специального оборудования и компьютерной техники, которые позволят отслеживать изменения параметров в ходе экспериментов и выбирать наилучшие. Однако и при наличии в лабораториях более скромного оснащения возможности проведения экспериментальных работ достаточно широки. В лабораторных условиях можно провести пробное коагулирование, пробное хлорирование, оценить динамику осветления воды, фильтрование, озонирование воды, оценить перспективность применения сорбционной очистки.
Наиболее распространенной представляется потребность в определении дозы реагента для удаления соединений фосфора из сточной воды.
Проведением пробного коагулирования можно определить дозу реагента, позволяющую обеспечить необходимое остаточное содержание фосфатов, а также выявить влияние введения реагента на показатели рН, щелочность, выявить и подобрать наиболее подходящий реагент для конкретной воды, поскольку промышленностью предлагается большой ряд реагентов; оценить наилучшее место введения реагента в технологическую цепь очистки сточных вод.
Лабораторные модели могут представлять собой небольшие емкости (или лабораторное оборудование — цилиндры, колбы и др.), снабженные соответствующей системой дозирования посту-
03
г
м О
-I
м
Э СО
2 I
га и о
а ^
щ
о а
ей с
О *
I- га
:ш ¡е
с а
5 ¡2
го о
. I-
со 4
и г
< га
са * ^
< с
т §
<Й X £
пающих сточных вод, аэраторами и перемешивающими устройствами (при рассмотрении соответствующих задач), пробоотборниками, отводом очищенных сточных вод [10 - 12].
Более достоверные и информативные параметры новых технологий очистки могут быть получены на опытно-промышленных моделях, на которых испытуемый технологический метод может быть реализован в более крупном масштабе в проточных условиях.
Наиболее информативным вариантом является отработка технологических параметров на автономном блоке сооружений. Здесь желательно проводить проверку новых сложных многоступенчатых технологических процессов, для которых велика цена ошибки. Например, уточнение технологических параметров работы ступенчатой анаэробно-аэробной биологической очистки от азота и фосфора, реализация которой требует организации нескольких рециркулирующих потоков активного ила.
Анализ научно-технической литературы позволяет выявить доступные современные разработки новых технологических процессов, представить возможность применения их в конкретных условиях очистных сооружений и оценить ожидаемые результаты очистки.
К настоящему времени изучен целый ряд методов удаления биогенных веществ из сточных вод, позволяющих обеспечивать в технологической схеме как глубокое удаление одного из нормируемых биогенных соединений, так и обоих нормируемых элементов (и азота, и фосфора). Технологии глубокой очистки одновременно от азота и фосфора также начинают внедряться на работающих станциях аэрации.
Практически все новые технологии очистки не являются универсальными, поэтому при разработке технологической схемы для конкретного объекта требуется учитывать не только абсолютные величины исходных параметров загрязнения сточных вод, а также ряд других параметров сточных вод. Важными параметрами являются, например, уровни соотношений концентраций биогенных и органических веществ в исходной воде. Кроме того, необходимо учитывать, что в технологии биологической очистки азот и фосфор представляют собой конкурирующие элементы. Например, при определенных концентрациях образованных нитратов приостанавливается биологическое изъятие фосфатов. Обеспечение повышенных показателей удаления обоих элементов биологическим методом требует выполнения определенных исходных условий, что не всегда может быть реализовано на конкретном объекте из-за состава исходной воды. Поэтому технологическую цепочку процессов, которые наиболее компактно вписывались бы в общую технологическую схему очистки сточных вод, необходимо подбирать с учетом исходных данных сточных вод. Выбранные технологические процессы удаления отдельных загрязняющих веществ должны сочетаться в технологической схеме и не вступать в противоречие.
Успешное выполнение проекта реконструкции очистных сооружений зависит от достоверности исходных данных, качество которых обусловлено полноценным проведением подготовительных работ, т. е. от предпроектных изысканий. Ошибки, допущенные на стадии сбора и обработки данных, ведут к неверному проектированию, что впоследствии может оказаться причиной значительного удорожания строительства.
В основу проектирования реновации очистных сооружений или отдельных технологических узлов очистных сооружений, являющихся объектами капитального строительства, должны быть положены документы [13 - 15].
Вся процедура выполнения собственно разработки проекта КОС и последующие ступени работы с проектными решениями, т. е. экспертиза, разработка рабочих чертежей, выполнение строительных работ, пуско-наладочные работы, мониторинг объектов реконструкции аналогична проектированию объектов нового строительства.
В планах проведения работ по реновации сооружений необходимо предусматривать раздел, касающийся обучения эксплуатационного персонала работе с новыми технологиями и сооружениями.
Заключение
1. Потребность в реновации большого числа очистных сооружений водоотведения в настоящее время связана с повышенными требованиями к сбросу очищенных сточных вод в водные объекты и с обновлением парка технических средств, применяемых на очистных сооружениях.
2. Характерной особенностью проектирования объекта реновации является необходимость проведения большого объема подготовительных работ по изучению фактического расхода и состава сточной воды, подлежащей очистке, по разработке технологической схемы очистки сточных вод, уточнению технологических параметров.
3. При разработке технологической схемы усовершенствованных очистных сооружений оказывается необходимым учитывать одновременно как возросшие требования к качеству очищенной воды, так и изменившийся приток сточных вод, наличие работоспособных емкостных сооружений, ограниченность территории станций аэрации и, в отдельных случаях, размещение поселений близ площадки очистных сооружений. ^
4. К настоящему времени изучено достаточное количество технологических процессов, соче- ^ тание которых может позволить обеспечить современные требования к качеству очищенных сточ- СО ных вод, при сбросе сточных вод в водные объекты.
5. Проектирование объекта реновации проводится в соответствии с установленным положениям Градостроительного Кодекса и постановлением Правительства РФ № 87, и постановлением Правительства РФ № 693.
6. Для обеспечения повышения степени очистки сточных вод поселения перед сбросом в водные объекты от проектировщиков, строителей, наладчиков, эксплуатационного персонала требуется высокий уровень квалификации и согласованности всех звеньев процесса выбора, проектирования и строительства очистных сооружений.
и
Z м
О
2 I
1. Ружицкая О. А., Жолобова А. В., Липатов В. С. Анализ современных технологий глубокой и
о
очистки сточных вод с целью внедрения на городские очистные сооружения // Системные техноло- ^
£ <и о а
ния фосфора из сточных вод с целью получения струвита // Системные технологии. 2023. № 2 (47). ш с
О * I- га ш ¡е
Библиографический список
гии. 2023. № 1 (46). С. 112 - 119.
2. Ружицкая О. А., Липатов В. С., Жолобова А. В. Анализ физико-химических методов удале-
3. Ружицкая О. А., Пономарева Н. С. Современные биологические и биолого-химические ме- ^ 5
< -
С. 84 - 92.
3. Ру
тоды удаления фосфатов из сточных вод // Системные технологии. 2019. № 3 (32). С. 18 - 22. ГО о
4. Постановление Правительства РФ от 23.07.2007 № 469 «О порядке утверждения нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей»
ff\ ^
4. Постановление Правительства РФ от 23.07.2007 № 469 «О порядке утверждения нормати- о
U с
< го
// Официальный интернет-портал правовой информации. — URL: www.pravo.gov.ru, 18.08.2017. щ g
5. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов, в том числе нормативов пре- I— j дельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного ^ ^
значения: Приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13.12.2016 №552. m ^
О <й X £
6. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения СанПиН2.1.5.980-00 Постановления Главного государственного санитарного врача РФ от 11.03.2021, № 9.
7. Иванов И. Н., Синянский И. А., Манешина Н.И. Типология зданий и сооружений. М., ГУЗ, 2005, 186 с.
8. Синянский И. А., Шипков О. И., Орлов Е. В. Использование легкого керамзитобетона для изготовления ограждений наружных стен // Системные технологии. 2020. № 1 (34). С. 53 - 56.
9. Лободенко Е. А., Синянский И. А., Орлов Е. В. Исследование свойств ячеистобетонных перемычек, армированных композитной арматурой из армирующего волокна, для малоэтажных зданий // Системные технологии. 2019. № 1 (30). С. 52 - 56.
10. Кевбрина М. В., Агарев А. М. и др. Анализ технологических аспектов реконструкции малых и средних очистных сооружений ТиНАО г.Москвы, НДТ, №5*, 2023, С. 4 - 14.
11. Методика оценки технологической эффективности работы городских очистных сооружений канализации/ Минжилкомхоз РСФСР, Минводхоз СССР — М., Стройиздат, 1987, 30 с.
12. Методики проведения технологических изысканий и моделирования процессов очистки воды на водопроводных станциях /ОАО НИИКВОВ, ООО «Водкоммунтех». М., 2001, 60 с.
13. «Градостроительный кодекс Российской Федерации» от 29.12.2004 № 190-ФЗ (ред. от 25.12.2023) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.02.2024).
14. Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 года N 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию.
15. Постановление Правительства РФ от 27 мая 2022 г. № 963. «О внесении изменений в Положении о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».
TECHNOLOGICAL PREPARATION FOR THE DESIGN OF RENOVATION OF SEWAGE TREATMENT PLANTS
N. A. Zaljotova S. V. Zaljotov
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract
The Keywords
wastewater, modern requirements, treatment quality, pre-design work, new technologies, nitrogen compounds, phosphates
The article discusses the features of pre-design work during the reconstruction of wastewater treatment facilities in order to increase the degree of wastewater treatment in accordance with modern legislation. In contrast to the standard design typical of previous years, preparation for modern design requires an analysis of the operation of structures subject to reconstruction, an assessment of wastewater discharge, the establishment of a characteristic level of wastewater pollution, the analysis of scientific and technical sources representing new technological solutions and the features of their implementation. The information
obtained should be used as a basis for the development of a new technological scheme of the designed facility. Every effort is needed to ensure that the technological scheme of wastewater treatment, in which the processes of removal of individual elements from wastewater of the actual composition would most effectively fit into the general technological scheme of wastewater treatment of a particular facility.
Date of receipt in edition
04.03.2024
Date of acceptance for printing
06.03.2024
Ссылка для цитирования:
Н. А. Залётова, С. В. Залётов. Технологическая подготовка к проектированию реновации очистных сооружений канализации. — Системные технологии. — 2024. — № 1 (50). — С. 110 - 117.
Z
IH Û -I
M
Э CÛ
2 s
I
(В
m о а s
Ё Ф О
а
с
*
(В
а
о
I-
о
а о с
< (В CÛ *
es
:Ш s
5?
« о « g
I г
со О I-:Ш
с; <
m со
