Первая среди равных: станция очистки сточных вод в Монреале является самой мощной в Канаде
Монреаль - второй по величине город Канады, столица франкоговорящей провинции Квебек, крупный торговый и промышленный мегаполис. Город имеет современную и высокоэффективную систему водоотведения. Станция очистки сточных вод в Монреале является самой мощной в Канаде, она очищает 44% всех городских стоков провинции Квебек. А входящая в состав очистных сооружений насосная станция является одной из самых производительных в мире.
Центральное ядро Монреаля расположено на одноименном острове, который омывается с юга рекой Св. Лаврентия (по-французски Saint Laurent), а с запада - рекой Прерий (Riviere des Prairies). К городской территории площадью в 494 км (так называемая Городское сообщество Монреаля - Communaute urbaine de Montreal) относится также ряд островов, расположенных между тремя основными водными артериями города - рекой Св. Лаврентия, рекой Прерий и рекой Тысячи островов.
К числу наиболее крупных относятся такие острова, как Монреаль (Ile de Montreal), Иисус (Ile de Jesus), Бушервиль (Ile de Boucherville), Серс (Ile de Soeurs), Бизар (Ile de Bizard) и другие. Однако площадь Большого Монреаля значительно больше и составляет 4024 км2 . Население города, расположенного на острове Монреаль, насчитывает более 1,6 млн. человек, всего мегаполиса - более 3,6 млн. человек.
Система городской канализации
В Монреале существуют две системы городской канализации: смешанная (общесплавная) и раздельная.
В западной части города в основном действует раздельная система канализации. Бытовые и промышленные сточные воды поступают в магистральные коллекторы, откуда они направляются на городскую станцию очистки сточных вод. Дождевые стоки поступают в систему ливневой канализации, и после предварительной очистки сбрасываются в реку Св. Лаврентия.
В центральных и восточных районах города практически везде была сооружена система общесплавной канализации с сетью коллекторов, которые принимают как бытовые и производственные, так и дождевые стоки. Очистная станция Монреаля способна производить очистку около 75% всего поверхностного ливневого стока, поступающего из смешанной канализации, что составляет примерно 50% всей городской дождевой воды.
В конце ХХ века городскими властями Монреаля была разработана и успешно реализована масштабная программа по модернизации канализационных сетей и всей системы водоотведения, включая строительство новой станции по очистке городских сточных вод.
На территории города имеется около 180 выводных коллекторов. Водовыпуски в северной части Монреаля используются для сброса сточных вод в реку Прерий и озеро Двух Гор (Lac des Deux Montagnes). С 1984 года сточная вода поступает на станцию очистки через северный коллектор (длина - 41 км). Таким же образом до 1987 года сточные воды из водовыпусков, расположенных в юго- западных районах города, сбрасывались в озеро Сен Луи (Lac Saint- Lois). С 1987 года сточные воды направляются на городскую станцию через юго-восточный коллектор (длина - 18 км), который соединяется с северным коллектором. Сточные воды из оставшихся водовыпусков, расположенных на юге Монреаля, до 1990 года сбрасывались в реку Св. Лаврентия.
По мере завершения работ на юго-восточном коллекторе (длина - 30,5 км) стоки стали поступать на станцию очистки. В целом магистральная сеть состоит из северного, юго- западного и юго- восточного коллекторов, общая длина которых достигает 89,5 км. Диаметр труб - от 1,8 до 5,4 метров. С августа 1995 года на станции Монреаля в сухой сезон происходит очистка всех сточных вод, поступающих с городской территории, включая остров Бизар. Средний объем обработанных стоков на станции очистки составляет около 2,5 млн. м 3/сут. Во время сильных ливней максимальное количество воды может достигать 7,6 млн. м 3/сут.
В 1970 году правительство провинции Квебек разработало общую концепцию развития канализационной сети Монреаля и улучшения качества очистки муниципальных стоков. В соответствии с этой концепцией был проложен ряд коллекторов и сооружена новая городская очистная станция. Строительство станции велось с 1976 по 1998 гг., когда были введены в эксплуатацию все производственные мощности. Общая стоимость проекта - 1,375 млрд. долларов США, из которых 750 млн. долларов пошло на строительство самой станции, а 625 млн. долларов - на прокладку и модернизацию сети коллекторов. В соответствии с соглашением, заключенным между властями города Монреаля и правительством штата Квебек, последний обязался компенсировать 66,6% стоимости коллекторов и 90% стоимости строительства городской станции очистки стоков.
Соединительные и регулирующие устройства
Канализационная сеть имеет 68 приемных коллекторов, из которых 36 оснащены регулирующими сооружениями. Из магистральных коллекторов сточные воды направляются для очистки на городскую станцию. В тех районах города, где применяется смешанный тип канализования, сточная вода поступает в разделительные камеры. В сухие периоды года весь сток, включая поверхностный, направляется затем на городскую станцию очистки. Во время сильных дождей и обильного снеготаяния некоторая часть поверхностного стока может непосредственно отводиться в реку Прерий или реку Св. Лаврентия.
На трассе крупных общесплавных коллекторов устанавливаются полностью заглубленные разделительные камеры. С целью предотвращения переполнения системы в случае избыточного количества стока на коллекторе устанавливают камеру с клапанным затвором. В период, когда наблюдаются большие объемы поверхностного (ливневого) стока, затворы, смонтированные в регулирующих камерах, управляют потоком воды. Срабатывание затворов и заслонок осуществляется по сигналам, поступающим из центра управления станции или местного блока управления. Сточные воды направляются к шахтному водосбросу глубиной около 30 м, после чего поступают в магистральный коллектор, откуда самотеком движутся на станцию очистки сточных вод, расположенную на восточной окраине города. После выполнения полного цикла обработки стоков, очищенная вода сбрасывается в реку Св. Лаврентия ниже городской черты.
Сточные воды поступают на очистные сооружения по северному коллектору, глубина залегания которого составляет 27 м, и через юго-восточный (южный) коллектор, который находится на глубине 43 м. Для того чтобы поднять стоки на уровень земли, была построена уникальная по своим характеристикам насосная станция. Все оборудование станции смонтировано в огромной шахте, для чего скальная порода была пробита на глубину 55 м. Насосная станция имеет цилиндрическую форму, ее диаметр равен 68,5 м, а высота над поверхностью земли достигает 24 м.
Сточные воды из южного коллектора поступают в водоприемный колодец, выполненный из двух камер диаметром 15,4 м и глубиной 42,6 м, тогда как сточные воды из северного коллектора сбрасываются в две другие камеры глубиной 27,4 м. Перед насосами установлено два затвора (северный и южный) с целью изоляции водоприемных колодцев при проведении технического обслуживания. В случае аварийного отключения насосной станции сооружен подземный ответвительный (байпасный) коллектор, идущий от северного впускного затвора на территории станции, по которому сточные воды могут подаваться непосредственно на западный водосброс.
Максимальная производительность насосной станции составляет 88 м3 /с, что является одним из самых высоких показателей такого рода в мире. Для подъема стоков на поверхность используется 17 насосов мощностью от 2800 л/с до 5150 л/с. Восемь насосов производительностью 6,3 м 3/с обслуживают северный коллектор, а девять других производительностью 6,9 м3 /с обслуживают южный коллектор.
Все технологические процессы на станции очистки сточных вод осуществляются при помощи комплексной системы управления и контроля SICOS. На всех установках и блоках станции установлено более 1200 различных датчиков и устройств ввода/вывода данных, которые подсоединены к единой оптоволоконной сети длиной 3,6 км. Все данные о функционировании любого агрегата или протекании того или иного процесса поступают на пульт управления в режиме реального времени. Помимо этого, SICOS сохраняет все данные о параметрах работы станции очистки в течение нескольких лет. Помимо основных функций, связанных с управлением работой станции в целом, как сложного технологического производства с непрерывным процессом, и постоянной диагностики работы оборудования, система SICOS может также использоваться для проведения исследовательских работ, направленных на оптимизацию процессов очистки.
На станции очистки сточных вод имеется три отдельных пульта управления: один - в здании первичной очистки, два других - в помещениях обработки ила. В административном здании находится центральный пульт управления, с помощью которого производится общее управление работой станции и отслеживаются все параметры функционирования оборудования. На мониторах компьютеров можно увидеть более 180 графических изображений различных систем и процессов как на поверхности станции, так и в подземных коллекторах, позволяя операторам дистанционно выполнять управление всеми стадиями очистки и осуществлять постоянный контроль за работой оборудования.
Рядом с насосной станцией находится электростанция. В случае аварии производится запуск шести дизель-генераторов суммарной мощностью 15 мВт, что является достаточным для снабжения электроэнергией города с населением 6000 человек. В случае временного прекращения подачи электроэнергии генераторы подают электроэнергию на некоторые сооружения станции, включая четыре из семнадцати насосов. Это дает возможность обрабатывать на станции очистки сточных вод в среднем 2,16 млн. м3/сут. в сухой период года.
С насосной станции сточные воды направляются через два отводящих канала к решетчатым ситам, расположенным в здании предварительной очистки. Коагулянт, используемый на стадии первичной физико- химической очистки, вводится в сточные воды с помощью двух инжекторных установок.
Удаление мусора и наиболее крупных взвесей из сточных вод выполняется в фильтрующей камере здания предварительной очистки.
Восемь решеток, каждая шириной 3,66 м и высотой 4,57 м, задерживают самые большие твердые частицы, содержащиеся в сточной воде, такие как мелкий гравий, куски дерева, клочки тканей, фрагменты пластмассовых изделий и проч. Мусор, собранный на наклонных колосниковых решетках (расстояние между прутьями - 25 мм), транспортируется конвейерами к барабанным вращающимся прессам с целью снижения его объема и содержания влаги.
После обезвоживания мусор транспортируется на площадку загрузки грузовых машин, откуда вывозится на санитарную мусорную свалку. В среднем колосниковые решетки ежедневно удаляют более 2,5 тонн твердых отходов и мусора. Это количество может меняться в зависимости от времени года и климатических условий. После удаления мусора сточная вода направляется по коллектору к песколовкам или, в аварийных ситуациях, к подземному обводному каналу, который соединен с ответвительным трубопроводом северного коллектора, который ведет к водосбросу станции.
Удаление песка
После решетчатых сит сточные воды поступают на 14 аэрированных песколовок, каждая из которых имеет следующие параметры: ширина - 7,6 м, длина - 67,06 м и глубина - 4,57 м.
При прохождении воды через песколовки ее скорость снижается для осаждения более тяжелых частиц на дно резервуаров. Здесь сточные воды в среднем находятся в течение 10 мин. Песок состоит на 97- 98% из неорганических веществ, которые не разлагаются и не горят. Размеры задержанных на песколовках частиц колеблются от небольших песчинок до гальки диаметром менее 2,5 см. Удаление песка и небольших камней и других твердых абразивных частиц необходимо на этой стадии очистки,так как они могут повредить механическое оборудование станции, трубопроводы и резервуары для ила.
После этого песок с водой собирается скребками со дна песколовок, и эта смесь с помощью насосов подается на установку сепарации, где песок отделяется от сточных вод, а затем грузится в машины и отправляется для утилизации на свалку. В таком песке, как правило, содержится менее 4% органических веществ. В среднем из воды ежедневно удаляется 14 тонн песка, хотя это количество не всегда одинаково и зависит от скорости потока, поступающего на СОСВ. Во время дождливой погоды количество песка значительно увеличивается.
Физико-химическая обработка
Первичная физико-химическая очистка используется для снижения содержания фосфора и увеличения общей производительности первичных отстойников. С начала эксплуатации мощности станции очистки сточных вод в состоянии поддерживать в очищенных стоках среднегодовые уровни взвешенных веществ и общего фосфора не более 20 мг/л и 0,5 мг/л соответственно. Кроме того, проведенные испытания на станции показали, что можно осуществлять очистку стоков без потери качества при использовании всего 21 отстойника вместо 28 отстойников согласно первоначальному проекту. В результате была получена экономия около 40 млн. долларов США.
Процесс включает добавление основного и дополнительного коагулянтов в сточные воды для образования хлопьев для улучшения их осаждения. В качестве основного коагулянта могут использоваться, например, хлорид железа или квасцы, а в качестве дополнительного - анионный полимер. Эти вещества хранятся на складе химических реагентов, откуда они подаются в воду с помощью дозирующих насосов с учетом содержания Р в неочищенной воде и интенсивности потока. Коагулянт вводится в каналы, ведущие от насосной станции к колосниковым решеткам, а дополнительный коагулянт поступает в стоки в местах водосливов на аэрируемых песколовках.
После прохождения песколовок сточные воды направляются к 21 отстойнику, каждый из которых имеет 30,48 м в ширину и 91,44 м в длину. Сточные воды находятся здесь в течение двух часов, чтобы взвешенные вещества и хлопья, образовавшиеся в результате добавления реагентов, могли осесть на дно отстойника. Установленные на фермах скребки перемещаются в отстойниках, перемешивая на дне ил и поднявшуюся на поверхность пену. После этого насосы подают ил и пену в резервуары для хранения и переработки осадка.
Обеззараживание стоков
На последнем этапе обработки, в соответствии с проектом, планировалось обеззараживание очищенных стоков перед их сбросом в реку. Однако в связи с тем, что в провинции Квебек существует запрет на дезинфекцию сточных вод с использованием хлора, такая обработка не производится. В настоящее время примерно 50% бактерий кишечной палочки удаляется из сточных вод посредством физико- химической очистки, но этого недостаточно для безопасного купания и других видов рекреационной деятельности при контакте с водой в местах, расположенных в зонах, примыкающих к месту водосброса. Сейчас ведутся исследования с целью получения более полных данных о потребителях воды и о возможности проведения в случае необходимости дезинфекции стоков альтернативным методом.
Очищенная вода из отстойников направляется по магистральным каналам к двум параллельным водовыпускам, каждый диаметром 6 м и длиной около 4 км. Сброс производится в судоходный канал реки Св. Лаврентия напротив острова Ваш.
Обработка ила
Собранный ил, как и сточные воды, проходит через ряд процессов очистки.
Перед поступлением на обработку осадок выдерживается в четырех резервуарах объемом 5тыс. м 3 каждый. В нижнюю часть резервуаров подается воздух для поддержания очень жидкого ила во взвешенном состоянии и сохранения качеств, которые облегчают его обработку. Свежий воздух подается воздуходувками, а затхлый воздух удаляется и обрабатывается хлорной известью для удаления запаха перед выпуском в атмосферу.
В здании обработки осадка и пены осадок, в котором средняя концентрация органических и неорганических веществ составляет 3,5%, направляется в пять резервуаров- гомогенизаторов, оснащенных механическими мешалками. Осадок, перекачанный из резервуаров- гомогенизаторов, перед обезвоживанием обрабатывается катионным полимером. Полимер улучшает отделение твердых веществ из воды.
Десять фильтр-прессов, оснащенных пластинами 2 м х 2 м и пятью ротационными прессами, снижают содержание воды в осадке соответственно, его влажность (концентрацию твердых веществ) примерно до 32%. Обработанный осадок превращается в кек.
Две конвейерные системы (одна используется как резервная) транспортируют кек от ротационных прессов и фильтр-прессов к печам сжигания осадка и установкам термосушки. Большая часть влажного кека направляется к четырем многоподовым печам сжигания (инсинераторам), каждая из которых способна сжигать до 100 т сухого вещества ежедневно.
Каждая печь имеет диаметр 7,85 м и состоит из 11 перекрывающихся топок. Кек высушивают в верхних топках перед тем, как сжечь в топках среднего уровня. Образующаяся в результате этого процесса зола охлаждается затем в нижних топках. Золу хранят в бункерах, а затем вывозят на мусорную свалку.
Пар, образующийся от рекуперации тепла в котлах-утилизаторах, используется на станции. Часть пара применяется для производства охлажденной воды абсорбционными машинами. Зимой пар используется для обогрева различных зданий на территории станции очистки сточных вод.
Перед выпуском в атмосферу отходящие газы проходят через систему очистки (скруббер Вентури и контактная градирня лоткового типа).
Такая система позволяет удалить примерно 99% твердых частиц и снижает влажность дымовых газов, удаляя большую часть кислотных газов и летучих металлов.
Оставшийся влажный кек направляется к контейнерам для хранения, в каждый из которых можно поместить 2,5 т кека во влажном состоянии; такие контейнеры служат в качестве емкостей для временного хранения в случае избыточного производства. Обычно они используются для загрузки двух установок сушки, но при необходимости кек можно подать на сжигание.
Две установки сушки производительностью 35 т сухого вещества каждая высушивают кек до минимальной концентрации сухого вещества 92%, причем в ходе этого процесса полностью уничтожаются патогенные организмы. Установка производит из кека пеллеты (гранулы), которые могут использоваться в дальнейшем в качестве удобрения и т.п. Тепловую энергию, используемую для производства таких гранул, получают за счет газа, образующегося при сжигании.
Утилизация осадка
Обезвоживание и сжигание осадка начало практиковаться еще за несколько лет до введения в эксплуатацию станции очистки сточных вод. В 1990 году часть кека хранилось на территории станции для проведения исследований по стабильности его поведения и использования в сельском хозяйстве.
В настоящее время кек, поступающий из фильтр-прессов и ротационных прессов, перемещается конвейером к бункерам, расположенным рядом с четырьмя многоподовыми печами. Два дополнительных бункера для хранения были установлены на станции очистки позднее для увеличения емкости буфера. Кек извлекается из бункеров при помощи шнековых конвейеров, которые одновременно производят измельчение кека. Подача кека в каждую из четырех многоподовых печей осуществляется с помощью ленточного конвейера, оснащенного весами для дозирования массы кека.
Каждая из печей состоит из 11 перекрывающихся топок. В верхних топках кек теряет жидкость посредством испарения. Когда содержание сухого вещества достигает 50%, кек самовоспламеняется. При достижении температуры 840°C кек горит и образует достаточное количество тепла для поддержания нормального горения без внесения дополнительного горючего. Зола, которая охлаждается в нижних топках, перемешивается и перемещается шнековыми и цепными транспортерами. Шнеки, с помощью которых кек подается в печь, и шнеки, которые забирают золу, не предохраняют печи от поступления избыточного воздуха. Количество воздуха в печах поддерживается на низком уровне для снижения необходимости подачи горючего на этапе дожига.
Каждая печь имеет систему очистки газа, включающую камеру дожига и высокопроизводительный скруббер Вентури, за которым следует очистная градирня лоткового типа. Процесс дожига требует наличия органического топлива. Многоцелевое использование пара, получаемого в котлах-утилизаторах, позволяет компенсировать затраты на энергию, требуемую для дожига. Полученная стерильная зола транспортируется в карьер, состояние которого контролируется администрацией города Монреаля. В последнее время печи были дополнительно оснащены термостабилизационными установками. В этих установках кек преобразуется в пеллеты или гранулы. Производство гранул может быть альтернативой и дополнением к сжиганию осадка. К тому же избыточная энергия от сжигания осадка может использоваться для сушки кека. Без этого понадобилось бы использование органического топлива. Помимо рекуперации энергии, получаемой в результате комбинированного использования печей и сушилок, гранулы, производимые сушильными установками, можно использовать либо в виде твердого топлива, либо в качестве удобрения в сельском или лесном хозяйстве или садоводстве.
Алекс Твин
В статье использованы материалы, предоставленные специалистами станции очистки сточных вод г. Монреаля.
Автор выражает благодарность г-же Софи Вуаер за помощь в подборе необходимой информации.
Журнал «Вода Magazine», №4, 2007 г.
