Передовые технологии очистки сточных вод на основе разработок Инженерно-технологического центра АО «Мосводоканал»
Внедрение современных методов очистки сточных вод является приоритетной задачей для АО «Мосводоканал». В течение длительного периода в АО «Мосводоканал» проходила разработка и адаптация под условия московских очистных сооружений технологической схемы очистки сточных вод с удалением биогенных элементов - азота и фосфора, позволившая внедрить данную технологию на Люберецких и Курьяновских очистных сооружениях. Практический опыт внедрения, накопленный в АО «Мосводоканал», позволяет распространить эту практику и на очистных сооружениях других городов. Специалисты АО «Мосводоканал» провели предпроектную разработку реконструкции аэротенков очистных сооружений г. Череповца и локальных очистных сооружений монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область) и внедрения технологии удаления биогенных элементов на этих объектах.
Ключевые слова: Инженерно-технологический центр, АО «Мосводоканал», сточные воды, удаление биогенных элементов.
Анализ работы очистных сооружений городских сточных вод показывает, что современные технологии очистки сточных вод, обеспечивающие удаление азота и фосфора, применяются только на небольшом количестве (менее 10%) очистных сооружений России. При переходе на технологическое нормирование на основе наилучших доступных технологий (по федеральному закону №219- ФЗ) перед многими водоканалами встанет вопрос модернизации очистных сооружений для внедрения современных технологий. Для выбора оптимальной технологической схемы очистки полезен любой практический опыт водоканалов, где на очистных сооружениях уже внедрены наилучшие доступные технологии.
В данной статье рассматривается практический опыт внедрения специалистами АО «Мосводоканал» технологий с биологическим удалением азота и фосфора на коммунальных очистных сооружениях г. Москвы, г. Череповца и г. Козельска (монастырь Оптина Пустынь), который поможет масштабировать внедрение технологий очистки сточных вод с удалением биогенных элементов на другие очистные сооружения России.
АО «Мосводоканал» является крупной водной компанией, обеспечивающей водоснабжение и водоотведение 13-миллионного мегаполиса - Москвы. Внедрение новых технологий является приоритетной задачей АО «Мосводоканал», позволяющей решать экологические проблемы города.
Внедрение на московских очистных сооружениях современных технологий очистки сточных вод с удалением азота и фосфора началось в 90-х годах прошлого века. В 1995 и 1997 гг. на основе зарубежного опыта (фирма «Ковиконсалт», Дания) была рекон- струирована линия экспериментального блока комплексной очистки воды Курьяновских очистных сооружений (КОС) производительностью 40 тыс. м3/сут. под удаление соединений азота и фосфора, а также проведено переоборудование аэротенка №3 КОС в биореактор производительностью 50 тыс. м3/сут. с удалением биогенных элементов.
В 1998 году на основе собственных разработок специалистов АО «Мосводоканал» на базе аэротенков №14 и 15 третьей очереди Люберецких очистных сооружений (ЛОС) созданы опытно-промышленные линии очистки сточных вод с удалением азота производительностью 80 тыс. м3/сут. каждая. В 2000 году выполнена модернизация аэротенка №15 с внедрением технологии удаления соединений азота и фосфора.
В 2001 году по проекту, разработанному СХВ «Хельтер» (Германия), выполнена модернизация опытной линии аэротенка №13 третьей очереди ЛОС с внедрением технологии удаления соединений азота и фосфора Bio-Balance.
Отработка различных технологических схем велась в научно-исследовательском подразделении АО «Мосводоканал» - Инженерно-технологическом центре. Вначале проводилась работа на лабораторных исследовательских установках, затем - апробация на экспериментальных промышленных аэротенках. Испытания показали, что конфигурация биореактора-вытеснителя с насосными рециклами (аэротенк №14) является более стабильной по сравнению с использованием «карусельной» конфигурации реактора с частичным смешением. В исследованиях была определена оптимальная для четырехкоридорных аэротенков Москвы схема организации рециклов UCT-процесса [1].
В результате проведенных исследований было принято решение о строительстве на ЛОС крупного блока мощностью до 500 тыс. м3/сут., работающего по схеме UCT с удалением азота и фосфора. В 2006 году блок с удалением биогенных элементов (БУБЭ) был введен в эксплуатацию (рис.1). Работа нового блока позволила получить качество очистки по соединениям азота и фосфора, соответствующее нормативам. Это позво-лило сократить сброс биогенных элементов в водные объекты города в целом на 15%.
В настоящий момент происходит поэтапная реконструкция Ново-Курьяновских очистных сооружений (НКОС) общей производительностью 1,2 млн. м3/сут. по технологии удаления биогенных элементов с использованием классического UCT-процесса, организованного в биореакторах- вытеснителях [1]. Первый блок (НКОС-1) был реконструирован и запущен в 2014 году (рис.2), запуск второго блока (НКОС-2) запланирован на конец 2017 года.
Параллельно исследованиям и внедрению схемы очистки с удалением биогенных элементов на КОС и ЛОС в 1998 году был введен в эксплуатацию комплекс очистных сооружений Южное Бутово производительностью 80 тыс. м3/сут. с технологией очистки сточных вод от биогенных элементов, построенный по системе ВООТ («строить, владеть, эксплуатировать, передавать»). Это первый российский опыт реализации международного инвестиционного проекта в водопроводно-канализационном хозяйстве. В технологической схеме заложены процессы нитри- и денитрификации, процесс биолого-реагентного удаления фосфатов. В 2000 году введены в строй новые очистные сооружения производительностью 140 м3/сут. в городе Зеленограде с технологией очистки сточных вод от биогенных элементов, также построенные по системе ВООТ. Технологическая схема аналогична схеме Южно-Бутовских очистных сооружений.
При очистке воды от азота и фосфора важно наличие достаточного количества органического вещества для прохождения процессов денитрификаци и дефосфотации. Московские сточные воды являются низкоконцентрированными по органическим веществам, поэтому применение такого метода, как ацидификация (преферментация) первичного осадка, увеличивающего количество легкоразлагаемого органического вещества в стоке, поступающем на биологическую очистку, повышает стабильность очистки от фосфора фосфатов. В зарубежных странах существует опыт промышленного применения преферментации (ацидофикации) сырого осадка [2, 3, 4, 5]. В отечественной практике данный метод применятся очень редко в связи с отсутствием широкого распространения технологий очистки воды с удалением биогенных элементов.
Лабораторные и пилотные исследования, проведенные на московских очистных сооружениях, показали, что осадки сточных вод обладают средним ацидификационным потенциалом, и применение ацидофикации сырого осадка обогащает сточную воду легкоразлагаемым органическим веществом, что приводит к повышению эффективности удаления фосфора фосфатов из сточной воды [6, 7]. В промышленном эксперименте на ЛОС при переводе двух первичных отстойников в режим ацидофикации первичного осадка было показано увеличение стабильности удаления фосфора фосфатов в аэротенках блока УБЭ. Содержание летучих жирных кислот в воде, поступающей на блок БУБЭ, увеличилось с 17-22 до 25-30 мг/л (на 30%), и эффективность удаления фосфора возросла до 93-98%. Аналогичное увеличение стабильности и эффективности удаления фосфора было показано при новой форме проведения процесса: проведение ацидификации органического вещества, сорбированного активным илом, в анаэробной зоне аэротенка [8].
На основании полученных данных разработан проект реконструкции отстойников ЛОС для проведения ацидификации первичного осадка с целью обогащения легкоразлагаемым органическим веществом осветленной воды, поступающей на очистку блока УБЭ. В настоящее время происходит реконструкция нового блока КОС с внедрением схемы Кейптаунского университета (UCT) с удалением азота и фосфора, в которой также предусмотрен процесс ацидификации.
Специалистами АО «Мосводоканал» была проведена разработка предпроектной документации по реконструкции и модернизации сооружений биологической очистки стоных вод комплексных очистных сооружений канализации г. Череповца (КОСК) для внедрения технологии удаления биогенных элементов. В состав работ входило исследование очистки стоков на пилотной установке, разработка рекомендаций и эскизного проекта по модернизации аэротенков, подбор оборудования для реализации технологии, разработка рекомендаций по автоматизации процесса.
На основании проведенной работы МУП «Водоканал» г. Череповца проводит постадийную реконструкцию 8 аэротенков: 1-й очереди Левобережных очистных сооружений (ЛБУ, проектная производительность 50 тыс. м3/сут), 1-й и 2-й очередей Правобережных очистных сооружений (ПБУ, проектная производительность - 124 тыс. м3/сут).
В настоящее время реконструированы два аэротенка: 1-я секция 1-й очереди ЛБУ производительностью 15000 м3/сут. и 3-я секция 1-й очереди ПБУ производительностью 22000 м3/сут. (рис. 3). До 2022 года планируется реконструкция и ввод в работу еще 6 аэротенков. Специалистами АО «Мосводоканал» на реконструированных сооружениях проведены пусконаладочные работы, ведется постоянная консультационная поддержка, технологическое и инженерное сопровождение эксплуатационных служб. До реконструкции аэротенки работали по технологии окисления, не обеспечивая нормативное качество очистки по азоту и фосфору. После реконструкции 1-я секция 1-й очереди ЛБУ вначале была запущена по технологии нитри-денитрификации, затем переведена на схему Кейптаунского университета UCT.
На рис. 4 и в таблице 1 представлены результаты, полученные во время работы реконструированного аэротенка.
Фактически с первых дней работы аэротенка по технологии нитри-денитрификации было достигнуто высокое качество очистки по минеральным соединениям азота: по аммонийному азоту эффективность удаления составила 90%, суммарно по азоту нитритов и нитратов - 59%. После перехода на схему UCT качество очистки сточной воды по азоту стало соответствовать нормативному. Эффективность удаления фосфора фосфатов составила 77% и качество очистки сточной воды по фосфору стало близко к нормативному.
После реконструкции 3-я секция 1-й очереди ПБУ сразу была запущена по схеме Кейптаунского университета (UCT). Эффективность удаления по аммонийному азоту составила 99%, суммарно по азоту нитритов и нитратов - 66%, по фосфору фосфатов - 98% (рис. 5, таблица 2). Качество очищенной воды по биогенным элементам соответствовало норма тивному (ПДКрыбхоз). Оба реконструированных аэротенка работают стабильно, обеспечивая высокое качество очистки.
Специалистами АО «Мосводоканал» были проведены работы по обследованию сооружений, разработке оптимальной схемы очистки стоков и эскизной документации по реконструкции и модернизации сооружений биологической очистки сточных вод монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область) для внедрения технологии нитри-денитрификации с реагентным удалением фосфора.
До реконструкции размещенные под землей локальные очистные сооружения, состоящие из блока биологической очистки и вторичных отстойников с полочными модулями, не обеспечивали должного качества очистки по органическим и биогенным веществам. Кроме того, конструкция вторичного отстойника в данных условиях не обеспечивала достаточного илоразделения, что приводило к частичной потере активного ила и высоким концентрациям взвешенных веществ в очищенной воде. Для модернизации очистных сооружений специалистами АО «Мосводоканал» были предложены: перевод подземной части очистных сооружений на бескислородный режим, установка дополнительного аэробного блока и вертикальных отстойников.
В настоящее время на сооружениях производительностью 80-100 м3/сут. реконструированы аноксидный и аэробный блоки (рис. 6). В ближайшее время планируется реконструкция узла дозирования реагента для удаления фосфора фосфатов. Специалистами АО «Мосводоканал» на реконструированных сооружениях проведены пусконаладочные работы, ведется постоянная консультационная и техническая поддержка.
После реконструкции качество очищенной воды очистных сооружений монастыря Оптина Пустынь соответствует нормативному (таблица 3) по большинству показателей.
Выводы:
Практический опыт внедрения наилучших доступных технологий, накопленный в АО «Мосводоканал», позволяет распространить эту пратику и на очистных сооружениях других городов. Одним из примеров успешного внедрения технологий очистки сточных вод с удалением биогенных элементов специалистами АО «Мосводоканал» являются комплексные очистные сооружения канализации г. Череповца и локальные очистные сооружения монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область).
Литература:
1. Козлов М.Н., Мойжес О.В. Патент на полезную модель RU 101704 U1 «Установка для биологической очистки сточных вод», 2010 г.
2. Paul Do, Prasanna L. Amatya, Wolf E. Keller. Successful implementation of biological nutrient removal at Calgary's 500 ml/d Bonnybrook wastewater treatment plant// http://library.queensu.ca/ojs/index.php/PCEEA /article/view/3893/3977.
3. http://www.waterandwastewater.com/ plant_directory/Detailed/222.html
4. www.hobartcity.com.au
5. http://www.sydneywater.com.au/Education/ pdf/3-6-3-3-7SMSTP.pdf
6. Козлов М.Н., Стрельцов С.А., Кевбрина М.В., Гаврилин А.М., Газизова Н.Г. Ацидофикация (преферментация) как метод стабилизации сырого осадка при очистке сточных вод от биогенных элементов // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 5. С. 13-20.
7. Кевбрина М.В., Гаврилин А.М., Белов Н.А., Газизова Н.Г., Асеева В.Г. Ацидификационный потенциал поступающей сточной воды и сырого осадка московских очистных сооружений // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 10. С. 68-70.
8. Кевбрина М.В., Гаврилин А.М., Козлов И.М. Новая форма организации процесса преферментации для удаления биогенных элементов из сточных вод. // Водоснабжение и санитарная техника. 2014, №5, стр. 73-79.
Modern methods of wastewater treatment, based on inventions of engineering and technology center of JSC «Mosvodokanal»
The introduction of modern methods of wastewater treatment is a priority for JSC «Mosvodokanal». For a long period JSC «Mosvodokanal» developed and adapted to the conditions of the Moscow treatment plant the technologies of wastewater treatment with the removal of nutrients - nitrogen and phosphorus. It allowed to introduce this technology at Lyubertsy and Kuryanovo wastewater treatment plants. Practical experience in implementing, accumulated in JSC «Mosvodokanal», allows us to extend this practice at treatment facilities in other cities. Specialists of Engineering and Technology Center of «Mosvodokanal» made a preproject development of reconstruction of wastewater treatment plant in the town of Cherepovets and local treatment facilities of Optinamonastery (Kozelsk, Kaluga region) and the introduction of nutrient removal technology at these facilities.
Keywords: Engineering and Technology Center, JSC «Mosvodokanal», wastewater, nutrients removal
Kozlov Mikhail Nikolaevich, Head of Department of Advanced Equipment and Technologies, «Mosvodokanal» JSCBuild. 4, 38 Andropova Avenue, 115487, Moscow, Russian Federation. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Kevbrina Marina Vladimirovna, Chief of Wastewater Treatment Department, Engineering and Technology Centre,Department of Advanced Equipment and Technologies, «Mosvodokanal» JSCBuild. 4, 38 Andropova Avenue, 115487, Moscow, Russian Federation. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Dorofeev Aleksandr Gennadievich, Chief Expert, Wastewater Treatment Department, Engineering and Technology Centre,Department of Advanced Equipment and Technologies, «Mosvodokanal» JSCBuild. 4, 38 Andropova Avenue, 115487, Moscow, Russian Federation. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Aseeva Vera Georgievna, Chief Expert, Water Treatment Department, Engineering and Technology Centre, Department of Advanced Equipment and Technologies, «Mosvodokanal» JSC Build. 4, 38 Andropova Avenue, 115487, Moscow, Russian Federation. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Zharkov Aleksey Vyacheslavovich, Engineer, Department of Advanced Equipment and Technologies, «Mosvodokanal» JSC Build. 4, 38 Andropova Avenue, 115487, Moscow, Russian Federation. E-mail: zharkov_av @mosvodokanal.ru
Журнал "Вода Magazine", №11 (123), 2017 г.
