Результаты модернизации Южной аэрационной станции

Директор по экологии Водоканала Екатеринбурга Артем Бакалейщик в рамках международной промышленной выставки Technopark Ural представил результаты деятельности за прошедший год и планы предприятия по снижению негативного воздействия Южной аэрационной станции (ЮАС) на близлежащие территории и экосистему реки Исеть. «За последние два года на ЮАС прошла серьезная модернизация – капитально отремонтированы системы биологической очистки, установлены новые системы мелкопузырчатой аэрации. Все это позволило улучшить качество сбрасываемой очищенной воды. Например, показатели по взвешенным веществам и азотной группе уменьшились на 60% за последние два года, по ХПК – на 30%, БПК – на 15%. Предприятие возвращает в реку Исеть воду, очищенную на порядок лучше, чем раньше», – сообщил Артем Бакалейщик [1].

Такие результаты для сооружений, которым вскоре исполнится 50 лет (введены в эксплуатацию в 1975 г.) являются весьма выдающимися. Проектная производительность ЮАС при вводе в эксплуатацию составляла 550 тыс. м³/сут., фактическая – 320 тыс. м³/сут., что объясняется с одной стороны более экономным расходованием воды населением, а с другой стороны изменением парадигмы очистки: в отличии от советских нормативов сброса, которые требовали очистку сточных вод от органических загрязнений (ХПК, БПК, взвешенные вещества), то современные нормы также требуют очистку от биогенных веществ (азот, фосфор), которые требуют дополнительных объемов сооружений. Существующие сооружения ЮАС включают механическую очитку на решетках, песколовках и первичных отстойниках, биологическую очистку в аэротенках и вторичных отстойниках, а также финальное обеззараживание очищенной воды и обезвоживание образованных в ходе очистки осадков сточных вод в цехе механического обезвоживания (рис. 1).

Рис. 1. Аэрофотоснимок площадки ЮАС

Модернизация цеха механического обезвоживания осадка

Именно с цеха механического обезвоживания осадка и началась модернизация ЮАС – сюда поступает сырой осадок, который образуется еще в первичных отстойниках и собирается в илоуплотнителе (рис. 2). «Все, что осело и всплыло, тут сгущается и обезвоживается», – переводит инженер-технолог «Водоканала» Александр Кошкаров с профессионального языка на потребительский. Перед модернизацией в цехе работали доисторические вакуум-фильтры: машины капризничали и выдавали сырой осадок, который с трудом удавалось транспортировать и утилизировать. Для сравнения: если раньше влажность осадка с 95% снижалась до 85%, то сейчас – до 70%. Караваны грузовиков увозят переработанную грязь и мусор большого города на полигоны ТБО – в этой точке ЮАС прощается с одними отходами и встречается с новыми, ведь ее работа циклична. Малейшая остановка в цехах приведет к Армагеддону: то, что горожане отпустили, вернется к ним обратно. Чтобы этого не случилось, «Водоканал» ведет непрерывную модернизацию ЮАС [2].

Рис. 2. Осадок (кек) после цеха механического обезвоживания

Реконструкция аэротенков и вторичных отстойников

Целью текущей модернизации является повышение эффективности биологической очистки, поэтому основной упор сделан на реконструкции аэротенков и вторичных отстойников. На сегодняшний день в 8 из 11 аэротенках заменена система аэрации: вместо устаревшей пристенной системы аэрации на основе фильтросных плит (рис. 3, 4) была установлена современная рассредоточенная по дну мелкопузырчатая система аэрации АКВА-ТОР (рис. 5, 6).

Рис. 3. Внешний вид работающей старой системы аэрации

Рис. 4. Сравнение работы новой (слева) и старой системы аэрации (справа)

АКВА-ТОР – является инновационным отечественным оборудованием очистки сточных вод с большим диапазоном производительности, что позволяет уменьшить количество аэрационных элементов в 2,5-3 раза в сравнение с зарубежными аналогами. Благодаря высоким массобменным показателям системы аэрации удалось достичь увеличения эффективности очистки от органических загрязнений на 15-30%, а также снизить концентрацию аммонийного азота более чем на 60% в реконструированных аэротенках. В дальнейших планах Водоканала переход на новую технологию очистки и внедрение приемов нитри-денитрификации и глубокого биологического удаления фосфора – с этой целью в 2022-2023 гг. планируется реконструировать аэротенк №9 и провести опытно-промышленные испытания.

Рис. 5. Мелкопузырчатая система аэрации с рассредоточенным размещением на дне аэротенков

Рис. 6. Мелкопузырчатая система аэрации в работе на малом уровне воды

Путь опытно-промышленных испытаний при выборе лучшей технологии был применен при замене илососов вторичных отстойников: три вторичных отстойников было реконструировано с применением классических советских илососов с одной илоприемной трубой, а еще три отстойника – с использованием нескольких илоприемных труб.

В советское время широкое применение получили четырехлучевые илососы, которые массово внедрялись на очистных сооружениях канализации (рис. 7). В таких илососах активный ил удаляется под гидростатическим давлением через илозаборники, и отводится по коллекторным илоприемным трубам во вращающуюся иловую камеру.

Рис. 7. Пример двухлучевого илососа вторичных отстойников [3]

Регулировка потока на каждом сосуне выполняется без визуального осмотра, что в свою очередь сильно снижает эффективность работы систему (откачиваемый ил имеет недостаточную плотность). В связи с тем, что регулирование проводится в месте соединения изгиба илоприемника сосуна, то при сужении сечения трубы (минимальная производительность сосуна) весьма вероятна его закупорка. В случае закупорки сосуна необходима полная остановка илососной системы, опорожнение отстойника и его механическая очистка. Илососная система в целом проста и эффективна в работе, что характерно для систем такого уровня. Из недостатков стоит выделить невозможность визуального осмотра плотности иловой смеси с каждого сосуна, весьма сложная система регулирования каждого сосуна, общая илосборная труба, сложности при эксплуатации и обслуживании при закупорке сосуна (рис. 8).

 

Рис. 8. Нереконструированный вторичный отстойник со старым илососом

Широко распространённые за рубежом и от недавнего времени в РФ приобрели илососные системы, которые собирают осевший осадок в несколько труб. Основной особенностью илососов такого типа является заложенная в их конструкцию система сбора ила, которая позволяет во время эксплуатации отстойника поддерживать высокую концентрацию удаляемого ила, обеспечивая при этом его равномерный сбор по всей площади дна отстойника. Это достигается за счет того, что каждый илоприемник имеет свой индивидуальный регулятор расхода (рис. 9).

а) гидравлическая схема б) устройство

1 - мост илососа; 2 - приводная тележка с узлом снегоочистителя; 3 - центральная опора; 4 - шпиль с опорно-поворотным узлом моста; 5 - вращающийся центральный стакан; 6 - направляющий цилиндр;

7 - иловая труба; 8 - илоприемник; 9 - илосборный резервуар; 10 - соединительный илопровод;

11 - трубопровод отвода ила; 12 - регулятор расхода ила; 13 - поворотное устройство центрального стакана; 14 - центральный кольцевой токоприемник; 15 - шкаф управления илососом; 16 - кромкоочиститель (опция).

Рис. 9. Устройство многолучевого илососа вторичных отстойников

Регуляторы расхода расположены в илосборном резервуаре так, чтобы при эксплуатации отстойника было удобно с моста визуально контролировать и настраивать отведение ила от каждого илоприемника. Осевший на дно отстойника ил под действием гидростатического давления через илоприемники и иловые трубы поступает в илосборный резервуар. Расход ила от каждого илоприемника регулируется за счет изменения перепада уровня между зеркалом отстойника и торцом верхнего цилиндра регулятора (сифонное явление, которое регулируется изменением площади живого сечения). Еще одной особенностью илососа является организация эффективного заглубленного впуска иловой смеси в отстойник за счет ограничения этого потока сверху (рис. 10).

 

Рис. 10. Многолучевой илосос вторичных отстойников в работе

Работа вторичных отстойников зависит от гидравлического режима эксплуатации и определяется несколькими факторами:

• подача иловой смеси – скорость потока на входе, который определяет интенсивность взмучивания оседающего ила входящим потоком и качество очищенной воды;
• отвод очищенной воды – скорость потока на выходе из отстойника, т.е. скорость восходящего потока воды по направлению к сборному лотку и его удаленностью от уровня осевшего ила;
• качество и эффективность удаления осевшего ила, определяемый скоростью входа ила в каждую илоприемную трубу (сосун) или ее ответвление, высотой уровня ила (на дне) и удаленностью каждого из сосунов от сборного лотка.

Разделение иловой смеси и осветление очищенной воды во вторичных отстойниках происходит в условиях турбулентного движения, которое представляет собой результирующую всех перечисленных выше компонентов, продуцирующих вихревое воздействие на поток в этом сооружении. Учет влияния турбулентного режима движения воды во вторичных отстойниках на конечную концентрацию взвешенных веществ производится как через коэффициент объемного использования, характеризующий конструкцию отстойника, так и основные технологические параметры его работы.

Для обеспечения минимального выноса загрязнений из вторичных отстойников важное значение имеет тщательное сгребание и постоянное удаление выпадающего в осадок активного ила. При залеживании ила на днище, особенно при достаточно глубокой развитости процесса нитрификации в аэротенках, возможна и практически неизбежна его денитрификация, приводящая к всплыванию комков ила и его выносу с потоком осветленной воды, выделение фосфатов и загнивание ила. Время пребывания ила на дне вторичного отстойника зависит от скорости движения скребкового устройства, количества крыльев или илососов, а также от расстояния между скребками по радиусу до илового приямка или от длины крыльев илососов [3].

Сравнение эксплуатации двух разных типов илососов показало преимущество в использовании многолучевых илососов:

• за счет улучшенной системы сбора ила со дна отстойника удалось исключить «мертвые» зоны и периодическое всплытие ила;
• регулирование производительности каждого сосуна позволяет отбирать из отстойника активный ил с большей концентрацией, т.е. качать именно ил, а не воду, регулировка в течение суток позволяет держать концентрацию откачки оптимальной;
• удалось достигнуть снижения взвешенных веществ на переливе после вторичных отстойников на 60%.

В планах на 2022-2025 гг. Водоканал планирует провести полную реконструкцию вторичных отстойников с использованием многолучевых илососов: из 15 шт. существующих аэротенков планируется реконструировать все 4 группы отстойников, с постоянной эксплуатацией 3 шт. в группе (один остается в горячем резерве).

Реконструкция ЮАС набирает обороты и в планах Водоканала получить КЭР и внедрить НДТ на сооружениях, полностью модернизировать механическую очистку и заменить насосно-воздуходувное оборудование для повышения энергоэффективности работы сооружений и снижения себестоимости очистки, снизить загрязнение воздуха за счет установки газоочистки, а также реализовать современную систему обеззараживания сточных вод с помощью погружных модулей УФО.

Список цитируемой литературы

1. https://www.водоканалекб.рф/новости/1845-водоканал-представил-результаты-модернизации-юас-на-technopart-ural
2. https://www.водоканалекб.рф/путь-воды/зачистка-на-химмаше
3. Смирнов А.В., Махлай К.А., Левченко О.В. Технологические аспекты работы современных отстойников. Журнал НДТ №3, 2020. – с. 55-63.