Пусконаладочные работы - ключевой этап ввода в эксплуатацию очистных сооружений

М. А. ЕСИН ¹ , А. В. СМИРНОВ ² , А. Н. СОКОЛОВ ³

¹ Есин Михаил Анатольевич, кандидат технических наук, начальник технологического отдела, АО «Май Проект» 115054, Россия, Москва, Б. Строченовский пер., 7, тел.: (495) 981-98-80, доб. 273, e-mail: yesin@myproject.msk.ru

² Смирнов Александр Владимирович, ведущий инженер технологического отдела, АО «Май Проект» 115054, Россия, Москва, Б. Строченовский пер., 7, тел.: (495) 981-98-80, доб. 277, e-mail: smirnovav@myproject.msk.ru

³ Соколов Алексей Николаевич, инженер технологического отдела, АО «Май Проект» 115054, Россия, Москва, Б. Строченовский пер., 7, тел.: (495) 981-98-80, доб. 275, e-mail: sokolov@myproject.msk.ru

Рассмотрены вопросы, связанные с пусконаладкой оборудования и сооружений очистки сточных вод. Дан краткий очерк истории проведения пусконаладочных работ на сооружениях в СССР, а также в современной России. Показаны проблемные аспекты наладки каждого из узлов оборудования, алгоритм проведения работ и требуемый результат. Достижение стабильных проектных показателей очистки возможно при качественной и квалифицированной пусконаладке. Очень важна правильная визуальная оценка состояния оборудования, проводимая в процессе приемки оборудования к пусконаладке. Незамеченные дефекты и нарушения в технологической линии приведут к скорому выходу из строя узла, что может закончиться аварией. Приведены принципы работы компании «Май Проект» при проведении пусконаладки. Особое внимание уделено наладке биологической очистки на аэротенках: от предпроектных работ до рабочего регламента эксплуатации узла.

Ключевые слова: реконструкция сооружений, пусконаладочные работы, шефмонтаж, сточные воды, механическая очистка, биологическая очистка, доочистка.

Проведение квалифицированных пусконаладочных работ на очистных сооружениях канализации является залогом их последующей успешной эксплуатации и достижения нормативного качества очищенных сточных вод. Цель пусконаладочных работ – наладка технологического оборудования и построенных/реконструированных сооружений и выведение их на проектные показатели. Наладка начинается с анализа проектных решений, проверки и приемки строительно-монтажных работ. В ходе проведения пусконаладки выявляются недостатки и несоответствия проектных решений, способных негативно влиять на безопасность и эффективность эксплуатации сооружений. При необходимости разрабатывается комплекс корректировочных мероприятий и технических решений для успешного ввода в эксплуатацию сооружений очистки.

В СССР пусконаладочными работами в сфере водопроводно-канализационного хозяйства занимался республиканский трест «Росводоканалналадка», который выполнял широкий перечень инженерных работ: ввод в эксплуатацию инженерных сетей, систем, сооружений, коммуникаций и т. д. Работа строилась на основе договорных отношений между трестом и Министе рством жилищно-коммунального хозяйства РСФСР. Все производственные управления ВКХ городов (ПУВКХ) перечисляли средства на развитие отрасли в министерство и отдельно подавали заявки на проведение работ в регионе. На основании рассмотренной и утвержденной заявки составлялись договор и смета. Завершающим этапом являлся отчет, который закреплялся актом выполненных работ.

В 1990-е годы отлаженные связи и взаимодействие коммунальных предприятий были разрушены, трест «Росводоканалналадка» практически полностью утратил свои позиции. Развитие рыночных отношений способствовало стремительному вытеснению ранее монопольной организации зарубежными компаниями, предлагающими передовые технические решения и более широкий спектр услуг. Отечественные же предприятия практически с «нуля» осваивали новое оборудование, технологии, концепции системного менеджмента и предоставление конкурентных услуг предприятиям ВКХ. С тех пор перестали существовать специализированные организации, выполнявшие функции пусконаладочных работ и ввода в эксплуатацию. Пусконаладка сводилась в лучшем случае к настройке отдельных узлов или оборудования, которое предлагали отдельные компании.

Самостоятельное проведение пусконаладочных работ на должном уровне требует тщательного изучения регламента (в отдельных случаях необходима корректировка или разработка нового документа) и знания отраслевых нормативных документов. Как показывает опыт, пусконаладке уделяют недостаточно внимания, особенно при разработке проектно-сметной документации. В то же время наличие комплексных современных инженерных решений и технологий усложняет и без того непростую задачу ввода в эксплуатацию оборудования и сооружений. Провести пусконаладку современных сооружений могут лишь компании со штатом специалистов, обладающих практическим опытом и достаточно высокой квалификацией.

В процессе пусконаладки выявляются возможные нарушения при проведении монтажа, недостатки оборудования до начала его эксплуатации, обеспечивается его бесперебойная работа на протяжении всего времени эксплуатации. По сути, задачей пусконаладочных работ является окончательная проверка и практическая корректировка технологического режима работы сооружений для беспроблемной последующей эксплуатации.

В инженерной компании «Май Проект» пусконаладочными работами и последующим сервисным обслуживанием занимается отдельное подразделение. При этом технологической наладкой занимаются инженеры-технологи, участвовавшие в разработке базового проекта и сопровождающие его реализацию от проектирования до ввода в эксплуатацию. При наладке очистных сооружений водоподготовки и канализации специалисты компании руководствуются следующими основными правилами:

• подготовительным этапом наладки является визуальный осмотр, анализ выполненных работ на соответствие проектным решениям, проверка качества установки и монтажа оборудования, готовность сооружений и оборудования к наладочным работам;
• тесное сотрудничество с лабораторией очистных сооружений при разработке плана лабораторного контроля на период пусконаладки, припроведении дополнительного отбора проб и лабораторных наблюдений (химический анализ сточных вод, лабораторные испытания и пр.);
• взаимодействие с технологом очистных сооружений: обсуждение плана и этапов технологической наладки, оптимальных режимов работы (в том числе и мероприятия по ликвидации аварийных ситуаций), основных методов контроля качества очистки; утверждение схемы взаимодействия на период наладочных работ и составление нового регламента работы всех сооружений или технологического узла;
• присутствие представителей компании на объекте до достижения стабильных показателей очищенной воды с соблюдением нормативов (СНиП 3.01.04-87 «Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения»). Подписание актов выполненных работ после комплексного испытания сооружений в течение 72 часов;
• обучение оперативного и инженерно-технического персонала;
• составление технического отчета после окончания пусконаладочных работ в соответствии с регламентирующими отраслевыми документами.

Компания «Май Проект» за 25 лет деятельности в области проектирования и запуска сооружений очистки сточных вод приобрела большой опыт в пусконаладочных работах. При наладке каждого узла есть технологические аспекты, соблюдение которых позволит наладочной и принимающей организации сконцентрировать внимание для скорейшего достижения результата. Авторы постарались обобщить накопленный опыт и кратко изложить его в данной статье.

Разнообразие оборудования на очистных сооружениях канализации делает сложным его выбор при реконструкции или новом строительстве. Например, наиболее часто встречаемая ошибка – это замена решетки аналогичной по конструктивным параметрам. Результатом такой замены является возврат к тем же проблемам качества очистки и работы решеток. Инжиниринговая задача выбора решеток заключается в первую очередь в проработке нескольких вариантов установки решеток разного типа с учетом специфики состава сточных вод и плана перспективного развития сооружений в целом. Оценка работы решеток характеризуется эффективностью задержания отбросов и их влажностью. В табл. 1 представлены сравнительные характеристики для определения параметров эффективной работы решеток [1].

Современный уровень автоматизации позволяет свести к минимуму долю ручных операций, присутствие операторов и количество аварийных ситуаций. Решетки в заводских условиях комплектуются достаточным объемом средств автоматизации и управления, что упрощает их запуск и сводит последующую эксплуатацию лишь к проведению планово-проверочных работ.

На современных очистных сооружениях могут использоваться песколовки как заводского изготовления (сооружения малой производительности), так и классические бетонные. Эффективно работающие песколовки защищают насосы, механизмы, оборудование обезвоживания осадка (особенно центрифуги) от абразивного воздействия песка. Неудаленный песок накапливается в сыром осадке первичных отстойников, повышает его зольность, что затрудняет выгрузку сырого осадка и приводит к повышенным затратам электроэнергии при его транспортировке по трубопроводам, усложняет последующую обработку осадка (например, при сбраживании).

На этапе пусконаладочных работ и ввода в эксплуатацию песколовки (независимо от типа) следует обращать внимание на следующие характеристики: содержание песка в осадке (зольность); скорость движения воды; время пребывания сточных вод; эффективность удаления пес ка заданной фракции; влажность пескопульпы.

Соблюдение оптимального скоростного режима позволит эффективно эксплуатировать песколовки без ущерба для последующих технологических процессов, а применение аппаратных решений для обезвоживания песка значительно сокращает затраты на транспортировку и утилизацию. В табл. 2 представлены оптимальные параметры эффективной работы песколовок [2].

Главным технологическим фактором, обеспечивающим бесперебойную эксплуатацию отстойников, является соблюдение следующих заданных параметров: влажность, зольность, плотность сырого осадка; содержание песка в сыром осадке; распределение скоростей потоков в поле оседания взвешенных частиц.

Приемка в эксплуатацию первичных отстойников заключается в проверке уровня переливной кромки водосборных лотков для осветленной воды и устья впускного устройства, качества бетонных работ и ровности дна отстойника. При строительных ошибках работа отстойника может быть нарушена, а после ввода в эксплуатацию исправить их невозможно.

Большое значение имеет распределение сточных вод между отстойниками, стоящими в группе, то есть работа распределительной камеры. Обслуживающий персонал должен ежедневно в часы, предшествующие максимальному притоку сточных вод, проверять индивидуальные расходы, не допуская их превышения. Особенно важен контроль работы распределительных камер в периоды остановки отдельных отстойников на ремонт, так как при меньшем числе работающих сооружений колебания нагрузок на каждом отстойнике более ощутимы, прежде всего на малых и средних по производительности очистных сооружениях.

Важным условием устойчивой работы первичного отстойника является своевременное удаление из него осевших и всплывающих веществ.

При эксплуатации первичных отстойников необходимо следить за влажностью осадка и уровнем его стояния. Обычно удаление осадка производят 1–3 раза в сутки. Реальная цифра определяется опытным путем и зависит от множества факторов: концентрации взвешенных веществ в поступающей воде, гидравлической нагрузки на отстойник, наличия процесса ацидофикации и пр.

На очистных сооружениях канализации для биологической очистки стоков используют активный ил или биопленку (соответственно аэротенки или биофильтры). Наибольшее распространение получили аэротенки с активным илом различной конфигурации и размеров.

При наладке аэротенков особое внимание следует уделять технологическим и техническим показателям. Технологические показатели: характеристика активного ила (объемный вес, массовая доза, иловый индекс, нагрузка по органическим и биогенным веществам, возраст); характеристика аэротенков (технологическая схема, объем и время пребывания в каждой зоне); количество циркуляционного ила (внутренний и внешний рециклы). Технические показатели: характеристика используемого оборудования (система аэрации, мешалки, насосное оборудование); характеристика сточных вод (расход, концентрации); характеристика сооружений (отстойники, аэротенки).

Также перед началом пусконаладки очистных сооружений следует утвердить программу ее проведения, создать журнал и организовать работу эксплуатационного персонала, службы главного технолога и лаборатории. Следует отметить, что журнал пусконаладки является наиболее важным документом, так как составляет основу будущего отчета, регламента эксплуатации сооружений, а также своего рода хронометраж работ, по которому можно проанализировать ошибки, поделиться опытом с коллегами и т. д.

Перед началом наладки проверяется соответствие проектной документации фактическому состоянию аэротенков: оборудование, технологическая схема, качество и количество поступающих сточных вод, количество подаваемого воздуха и объема циркуляции. При несоответствии проекту измененные параметры следует внести в журнал пусконаладочных работ.

Начинать наладку аэротенков следует с первичной настройки кислородного режима в зонах аэрации и реализации эффективной нитрификации, установления проектного распределения подачи сточных вод и возвратного ила. Эти мероприятия формируют базисное состояние наладки. Особое внимание на данном этапе следует уделить исходному активному илу – детально изучить его характеристики и опыт работы по старой схеме (проблемы, эффективность очистки, микробиологические характеристики). При работе с активным илом следует учитывать, что биоценоз биологической очистки очень инертен, и начальная работа ила будет подобна существующему положению дел. Полное преображение активного ила происходит за период, равный не менее трем его возрастам, т. е. если возраст ила 12 суток, то полное его обновление произойдет не менее чем через 36 суток. Достижение показателей начнется после обновления биоценоза ила.

В течение всего времени формирования нового биоценоза активного ила необходимо постоянно контролировать и корректировать кислородный режим как в зонах аэрации, так и в зонах перемешивания. После прохождения половины времени наладочных работ (1,5–2 возраста ила) оценивается качество денитрификации (если речь идет о схемах нитри-денитрификации). При недостаточной эффективности удаления нитратов выполняется корректировка подачи сточных вод в зоны перемешивания, а также объемов циркуляции активного ила (внутренний и внешний рециклы). При достижении требуемого качества денитрификации следует приступать к настройке процесса биологического удаления фосфора.

В отечественной литературе процесс биологического удаления фосфора называется дефосфотацией, что является неточностью, так как в зоне перемешивания происходит увеличение концентрации фосфора – фосфотация, а в зоне аэрации его концентрация снижается – дефосфотация. Поэтому в мировой практике принят термин «глубокое биологическое удаление фосфора», которое подразумевает сумму процессов фосфотации и дефосфотации (в зарубежных источниках процесс называется enhanced biological phosphorus removal (EBPR) [3].

Настройка процесса глубокого биологического удаления фосфора является сложной технологической задачей, но, как показывает опыт, достичь стабильной и полной очистки от фосфора возможно. Даже в ненастроенной системе «аэротенк – вторичный отстойник» процесс дефосфотации иногда протекает эффективно. При выделении зон перемешивания (анаэробные зоны) и организации внутренней рециркуляции активного ила эффективность удаления фосфатов растет за счет роста фосфатаккумулирующих бактерий – происходит глубокое удаление фосфора. На эффективность удаления фосфора биологическим путем большое влияние оказывает регламент удаления избыточного ила [4].

Наладка процесса глубокого биологического удаления фосфора заключается в распределении органики поступающих сточных вод между денитрификацией в аноксидных зонах и фосфотацией в анаэробных зонах. В общепринятых технологических схемах (AO, VIP, UCT, MUCT и др.) [5] в анаэробных зонах не должно быть средних и высоких концентраций нитратов, а присутствие растворенного кислорода не допускается вообще. Как показывает практика, организация анаэробной зоны в отдельном резервуаре всегда дает более эффективную очистку от фосфора. Также следует иметь в виду, что при полном удалении фосфора биологическим путем прирост ила увеличивается, что в свою очередь следует учитывать в регламенте работы иловых насосных станций, расчете возраста ила и количества избыточного ила.

Наладка процесса биологической очистки является ключевым звеном в работе всего комплекса сооружений. Именно этот узел играет важнейшую роль в обеспечении нормативного качества очищенной воды. Для повышения эффективности процесса наладки специалистами «Май Проект» в обязательном порядке используется математическое моделирование процессов биологической очистки. Моделирование позволяет определить оптимальные технологические режимы работы сооружений при изменении нагрузок и прочих факторов.

В компьютерной программе-симуляторе аэротенк условно делится на реакторы идеального перемешивания, имеющие самостоятельные подводы воздуха, сточной воды, возвратного и циркуляционного ила, которые можно регулировать. Результаты математического моделирования позволяют определить базовые технологические параметры работы системы «аэротенк – вторичный отстойник»: концентрация кислорода, расходы (сточной воды, возвратного ила, иловой смеси внутреннего рецикла), качество очистки на каждом участке (рис. 1).

Рис. 1. Пример интерфейса программы математического моделирования «ЭкоСим»

Приступая к пусконаладочным работам, используют полученные при моделировании профили кислородного режима и эффективности очистки для каждого условного реактора, описывающего отдельный участок аэротенка (профиль загрязняющих веществ). Таким образом, обеспечивая соответствие расчетных и фактических значений работы аэротенка, достигается требуемое качество очистки. С помощью моделирования можно проверить огромное количество вариантов технологических схем, режимов работы сооружений (режимный, аварийный, паводок и т. д.), концентраций сточных вод.

После окончания пусконаладочных работ на аэротенках формируются технологические карты эксплуатации блока биологической очистки, которые являются основополагающими при составлении регламента работы сооружений. Технологические карты разрабатываются для двух сценариев работы аэротенков: нормальная режимная карта и аварийная карта. В аварийные карты эксплуатации включаются режимы, при которых концентрации загрязняющих веществ, работа оборудования, расход сточных вод и/или активного ила не соответствуют показателям проекта.

Такие карты могут быть составлены как для временной эксплуатации, с кратковременным нарушением установленной эффективности работы, так и с постоянным (увеличение концентрации веществ, расходов и т. д.), но с соблюдением качества очистки. При постоянной эксплуатации сооружений по аварийной технологической карте следует пересмотреть проектные решения.

На заключительном этапе пусконаладочных работ проводится обучение персонала очистных сооружений всех уровней управления. В частности, эксплуатационный персонал дополнительно проходит обучение в период проведения работ, так как является непосредственным его участником.

Основное назначение сооружений доочистки сточных вод – достижение требований на сброс в водные объекты по взвешенным веществам, органическим соединениям и фосфору (при химической дефосфотации).

Расход сточных вод, поступающих на фильтры доочистки, в отличие от скорых фильтров водоподготовки имеет высокую степень неравномерности, особенно это касается производственных сточных вод [6]. Соблюдению равномерного распределения сточных вод, поступающих на каждый фильтр доочистки, а также регламентной скорости фильтрования необходимо уделять особое внимание с целью обеспечения расчетных параметров фильтрования и соответственно высокой эффективности очистки. Число рабочих фильтров выбирается в зависимости от расхода воды, поступающей на доочистку. Перед проведением пусконаладочных работ необходимо рассчитать для конкретного объекта графики притока аналогично представленным на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость количества работающих фильтров от расхода сточных вод

коэффициент неравномерности притока: 1 – 2 (единичная производительность q₁ = 290 м³ /ч); 2 – 1,5 (q₁ = = 375 м³ /ч); 3 – 1,1 (q₁ = 510 м³ /ч)

Чем больше неравномерность подачи воды на доочистку, тем меньше времени фильтры будут находиться в работе и выше фактическая скорость фильтрования. Поступающая вода должна максимально равномерно распределяться между работающими скорыми фильтрами. В этом смысле недостатков лишены барабанные и сетчатые дисковые фильтры, они компактны в исполнении и менее энергоемки в эксплуатации, но эффективность их работы значительно ниже, чем у фильтров с зернистой загрузкой.

Современные решения по доочистке сточных вод необходимо реализовывать с высокой степенью автоматизации, так как достижение эффективной работы фильтров вручную требует от инженерно-технических работников и оперативного персонала глубоких знаний процессов фильтрации. Внедрение же автоматизированных систем управления работой группы фильтров позволяет выполнять основной процесс осветления и промывки фильтрующего материала (за-грузки, диска, сетки) с постоянным контролем основных показателей.

Проблемам обезвоживания осадков в последнее время уделяют достаточно много внимания. В качестве альтернативы естественным методам обезвоживания, для которых требуются большие площади земельных угодий, широко применяется центрифугирование, фильтр-прессование на камерных и ленточных прессах. Наиболее простой в конструктивном исполнении – метод обезвоживания на ленточных фильтр-прессах, однако выбор метода обезвоживания – это индивидуальная задача, решение которой зависит от производительности сооружений и характера обрабатываемого осадка. Сопоставление методов обезвоживания осадков (табл. 3) показывает, что каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки [7; 8].

При подборе аппаратов для обезвоживания необходимо учитывать особенности осадка и местные условия эксплуатации. Для технологии обезвоживания осадков большое значение имеет рациональное использование реагентов. Определение оптимальной дозы реагентов представляет собой весьма сложную и ответственную задачу, так как на практике имеет место одновременное изменение ряда факторов. Перед началом пусконаладочных работ специалисты компании проводят предварительные опытно-промышленные испытания с определением влагоотдающих свойств осадка, подбором типа флокулянта и его оптимальной дозы для технологического процесса.

Следует отметить важность статических наблюдений и сравнения по основным технологическим показателям. Для всестороннего анализа сложных технологических ситуаций, возникающих при эксплуатации очистных сооружений, необходимо рассматривать все возможные варианты решения задач с учетом материального баланса по гидравлическим нагрузкам и загрязнениям, и выбирать оптимальный режим. Системный анализ позволяет получить информацию, на основании которой представляется возможным принятие принципиально новых решений для скорейшего достижения показателей наладки.

Все технологические режимы фиксируются в «Журнале проектных (нормативных) и реальных эксплуатационных показателей». На практике анализ занесенных в журнал материалов значительно упрощает наладочные работы и позволяет точно определить причины технологических нарушений при выведении объекта на проектные показатели.

В данной статье приведены общие тенденции и правила проведения пусконаладочных работ. Специалисты компании «Экополимер» запустили в эксплуатацию более 50 сооружений очистки природных и сточных вод. На ряде объектов возникали определенные трудности, не всегда сразу получалось добиться желаемого результата. Однако наш опыт и квалификация позволили, в конечном счете, достигнуть требуемых результатов практически на всех объектах. И сегодня мы выполняем комплексные пусконаладочные работы очистных сооружений не только по своим проектам, но и по проектам, выполненным другими компаниями, предварительно проанализировав технологическую возможность и эффективность проектных решений.

Достижение стабильных проектных показателей очистки возможно при качественной и квалифицированной пусконаладке. Очень важна правильная визуальная оценка состояния оборудования, проводимая в процессе приемки оборудования к пусконаладке. Незамеченные дефекты и нарушения в технологической линии приведут к скорому выходу из строя узла, что может закончиться аварией.

Выводы

25 лет плодотворной работы компании «Экополимер» на российском рынке позволили ей занять достойное место среди организаций, предоставляющих полный цикл услуг по инжинирингу в современном управлении проектами в сфере ВКХ. На сегодняшний день основным направлением деятельности компании является реализация комплексных проектов строительства и реконструкции очистных сооружений канализации и водопровода – от разработки проектно-сметной документации до ввода сооружений в эксплуатацию. Слаженность действий и сплоченность коллективов всех подразделений компании позволяет найти оптимальное решение любой проблемы в максимально сжатые сроки и произвести запуск оборудования любой сложности. Основные элементы корпоративных ценностей компании: уровень квалификации, персональная ответственность и приверженность интересам заказчика. В целом они ставят перед каждым сотрудником задачу достижения конечного результата и предоставления техникоконсультационной поддержки заказчика после завершения пусконаладочных работ на объекте, например, при возникновении нештатных ситуаций. Практическое применение современных технологических решений и оборудования наряду с инновациями, а также накопленный опыт позволяют с максимальным эффектом для заказчика претворять в жизнь все проектные замыслы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Есин М. А., Слепцов В. Г., Соколов А. Н. Реконструкция решеток: особенности и инженерные решения // Вода Magazine. 2012. № 12. С. 38–42.
2. Мешенгиссер Ю. М. Ретехнологизация сооружений очистки сточных вод. – М.: ООО «Издательский дом «Вокруг цвета», 2012. 211 с.
3. Смирнов А. В., Есин М. А. Пути решения непростой задачи. Реализация схем биологического удаления фосфора из сточных вод // Вода Magazine. 2014. № 8. С. 4–9.
4. Родионов А. Н., Озерова Л. П. Ретехнологизация аэротенков для достижения глубокого удаления биогенных элементов: опыт очистных сооружений г. Набережные Челны // НДТ. 2015. № 2. С. 26–33.
5. Van Haandel A. C., van der Lubbe J. G. M. Handbook of biological wastewater treatment: design and optimization of activated sludge systems. – Elsevier, 2012. P. 770.
6. Ульченко В. М. Доочистка сточных вод на фильтрах с зернистой загрузкой // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 12. С. 34–38.
7. Мешенгиссер Ю. М., Колесник Ю. В., Есин М. А. Современные методы и оборудование для обезвоживания осадков сточных вод // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2011. № 12. С. 24–34.
8. Люфт Я.-Э., Ойяла Т., Руоканен Л., Зинчук О. Обработка осадка сточных вод: полезный опыт и практические советы: Доклад комиссии по окружающей среде Союза Балтийских городов (в рамках проекта по городскому сокращению эвтрофикации). – Турку, Финляндия, 2012. 125 с.