Методология реконструкции и модернизации систем и сооружений водоотведения
УДК 628.3
В статье рассматриваются основные направления реконструкции и модернизации насосных станций и очистных сооружений канализации. Описываются основные направления и методология реконструкции водоотводящих систем и сооружений, приемы и технологии реконструкции и модернизации, которые позволяют не только эффективно использовать существующие системы и сооружения, но и максимально снизить затраты на реконструкцию и добиться высокой эффективности работы систем и сооружений.
Ключевые слова: реконструкция, модернизация, интенсификация, насосные станции, очистные сооружения, системы жизнеобеспечения, санитарная и экологическая безопасность, первичные отстойники, аэротенк, одноиловая система денитри-нитрификации, вторичные отстойники; рециркуляционный активный ил; зона денитрификации; зона нитрификации; БПК5; взвешенные вещества; азот аммонийный; фосфаты; нитриты; нитраты.
Реформирование коммунального хозяйства в РФ не привело к улучшению положения, более того, после передачи большинства очистных сооружений в подчинение муниципальным образованиям их эксплуатация и состояние значительно ухудшилось по следующим причинам:
- отсутствие в сфере очистки сточных вод квалифицированных специалистов или специалистов, которые прошли соответствующую переподготовку в крупных учебно-научных центрах (ВУЗах, отраслевых научных организациях и т.д.);
- недостаточная квалификация обслуживающего персонала по эксплуатации систем и сооружений в муниципальных эксплуатирующих органах;
- выделение инвестиций в основном на разработку вновь строящихся очистных сооружений и с применением зарубежных технологий, многие из которых не могут обеспечить необходимого качества очистки сточных вод и требуют больших затрат средств и материалов;
- отсутствие производственной базы для выпуска оборудования для систем и сооружений водоотведения, отечественных средств контроля, автоматизации и диспетчеризации за процессами очистки сточных вод;
- недостаточные государственные и частные инвестиции на разработки новых технологий и решений в сфере очистки сточных вод, оборудования, средств мониторинга и контроля процессов очистки сточных вод;
- назначение на ведущие инженерные должности технически неподготовленных руководителей (например, некоторые бывшие водоканалы переданы в ведение предприятий энергетической сферы), что резко снижает эффективность функционирования систем и сооружений;
- отсутствие четко поставленной системы паспортизации и мониторинга за объектами водоотведения;
- отсутствие продуманной программы реконструкции и модернизации систем водоотведения и очистки сточных вод.
Оперативное и плановое восстановление систем и сооружений является актуальной задачей любого современного города или населенного пункта, и все разговоры о том, что в первую очередь надо развивать системы водоснабжения, глубоко ошибочны, так как объекты водоотведения относятся к одной из важнейших систем жизнеобеспечения, санитарной и экологической безопасности
В настоящее время износ основных фондов систем водоотведения составляет более 60%, что не может гарантировать достаточную защиту водоемов. Особое опасение вызывает состояние самотечных водоотводящих сетей, насосных станций и напорных водоводов, износ отдельных систем и сооружений составляет более 70%. Более чем 65% систем очистных сооружений практически не функционируют или работают неудовлетворительно.
На основании длительных наблюдений за более чем 60 городами и населенными пунктами Московской области мы во многих публикациях освещали современное состояние систем и сооружений водоотведения в этом регионе. Но это только видимая часть «айсберга», характеризующего состояние объектов водоотведения во всей России.
Длительный мониторинг состояния только очистных сооружений канализации дал основание выделить следующие причины, влияющие на работу очистных сооружений (рис. 1).
Рис. 1. Факторы, влияющие на работу очистных сооружений водоотведения
Следует заметить, что в ближайшие 10-15 лет говорить о массовом строительстве новых систем и сооружений водоотведения не имеет смысла. Это связанно не только с отсутствием финансирования или недостаточным инвестированием в отрасль, но и с тем, что многие системы могут быть подвергнуты модернизации или реконструкции, что потребует новых эффективных и экономически обоснованных подходов к приведению в порядок систем и сооружений водоотведения. И в большинстве случаев это будет не новое строительство, а реконструкция существующих сооружений.
То есть вся отрасль, связанная с отведением и очисткой сточных вод, нуждается в коренной реконструкции, реновации и модернизации.
Само слово «реконструкция» в толковых словарях русского языка может иметь следующие толкования:
- процесс изменения объектов настоящего с целью придания новых свойств в будущем. Реконструкция, независимо от ее содержания, это составная часть планирования;
- воспроизведение процессов, происходивших в прошлом, на основе некоторой модели и предпосылок;
- переделка, коренная перестройка чего-либо, организация по совершенно новым принципам.
Для систем водоотведения и очистки сточных вод в наибольшей мере подходят определения в первом и третьем пунктах.
Основные направления реконструкции систем и сооружений водоотведения показаны на рис. 2.
Рис. 2. Основные направления реконструкции водоотводящих систем и сооружений
При выполнении реконструкции систем и сооружений водоотведения основополагающими принципами являются:
1. Снижение капиталовложений за счет использования имеющих и неиспользуемых сооружений на очистных сооружениях.
2. Применение технологий очистки сточных вод, позволяющих обеспечить нормативный сброс в водоем.
3. Использование современных технологических процессов очистки сточных вод.
4. Снижение себестоимости очистки 1 м3 сточной воды.
5. Рациональное использование имеющихся земельных площадей, отведенных под строительство очистных сооружений.
6. Снижение нагрузки по загрязнениям на водоем.
Важнейшим этапом реконструкции является первоначальный анализ и мониторинг сложившейся ситуации в системах и сооружениях водоотведения. При невозможности выполнения работ непосредственно на объектах водоотведения следует составлять для индивидуального объекта систем и сооружений специализированных опросных листов, что является первоначальной оценочной характеристикой объекта со стороны заказчика, или при отсутствии квалифицированного персонала эти данные составляет исполнитель при полном контроле со стороны заказчика. Исполнитель должен оказывать всемерную помощь при составлении опросных листов для первоначально объективной оценки объекта.
Эти опросные листы должны стать основой для составления технического задания на реконструкцию и модернизацию объекта. Параллельно с этой работой необходимо осуществить сбор исходных данных (существующие чертежи, исполнительная документация, отчеты пусконаладочных организаций, результаты лабораторных данных и протоколы органов надзора). Для более точного отражения технологического функционирования очистных сооружений данные лабораторного контроля и протоколы санитарно-химических анализов необходимо иметь за последние два-три года.
В работы по техническому и технологическому обследованию очистных сооружений, помимо оценки состояния строительных конструкций и технологии очистки сточных вод, следует включать и обмерочные работы (в т.ч. определение высотного расположения сооружений относительно друг друга), так как не всегда существующая проектная документация отражает реальное положение.
Технологическое обследование очистных сооружений состоит из двух частей:
1. Предварительное обследование с кратким отчетом о возможности реконструкции очистных сооружений.
2. Доскональное обследование состояния очистных сооружений с выдачей необходимых выводов по результатам мониторинга за их работой, данных обмерочных работ, предварительных расчетов пропускной способности и составлением дефектных ведомостей по очистным сооружениям в целом (по отдельным элементам, узлам и сооружениям и т.д.).
Рис. 3. Первоначальные этапы по реконструкции систем и сооружений водоотведения
Итогом предварительного анализа и мониторинга систем и сооружений водоотведения является составление уточненных технологических схем и описания их особенностей, а также фиксация изменений, допущенных при строительстве очистных сооружений, выявление дефектов, допущенных в процессе проектирования и строительно-монтажных работ, фиксация недостатков при эксплуатации систем и сооружений.
Выполнение этого этапа работы позволяет приступить к следующему этапу, а именно, к разработке конкретных технологических и технических решений по реконструкции очистных сооружений.
При этом должны рассматриваться варианты с развитием водоотводящих систем, без расширения или с расширением насосных станций и очистных сооружений, модернизации отдельных узлов и сооружений с применением новых современных технологий очистки сточных вод и т.д.
Принятие технических и технологических решений по системам и сооружениям предполагает, что в организациях, осуществляющих эксплуатацию, должна быть необходимая техническая и технологическая документация в виде паспортов на сети, насосные станции, очистные сооружения и др.
Для получения достоверных сведений о пропускной способности и работоспособности систем и сооружений следует выполнять поверочные расчеты. Эти расчеты производятся по каждому сооружению, оборудованию, узлу и, если это необходимо, по всей системе водоотведения, в результате чего определяется возможность их применения в новой технической или технологической схеме при реконструкции или модернизации. Поверочные расчеты можно выполнять либо по существующим методикам, либо, что является наиболее правильным, на основании обмерочных работ с определением диаметров водоотводящих сетей и напорных водоводов, насосных станций, объемов сооружений и др.
В результате выполненных работ можно сделать обоснованный анализ существующего положения в системах и сооружениях водоотведения и предложить возможные варианты модернизации или реконструкции, технологические схемы и технические решения реконструкции. При этом должны рассматриваться варианты с развитием водоотводящих систем, без расширения или с расширением насосных станций и очистных сооружений, модернизации отдельных узлов и сооружений, с применением новых современных технологий очистки сточных вод и т.д.
Каждый вариант должен обосновываться как с технической точки зрения, так и с точки зрения капитальных и эксплуатационных вложений, защиты окружающей среды и др.
После согласования с заказчиком предложений по реконструкции очистных сооружений начинается следующий этап, который заключается в выполнении расчетов, необходимых для реновации узлов и сооружений, определения объемов сооружений, расчета узлов и элементов технологических схем, включая мероприятия по обработке и утилизации осадков сточных вод. Разрабатываются конструктивные решения по отдельным узлам и сооружениям, необходимые графические материалы (планы, разрезы, элементы узлов и
конструкций и т.д.). То есть выполняется комплекс работ, который можно назвать предпроектными работами.
Рис. 4. Блок-схема выполнения работ по разработке предпроектных решений
На этом же этапе выполняются необходимые технико-экономические расчеты по реконструкции очистных сооружений.
На рис. 5 показаны все виды работ, которые положены в основу предпроектных работ (1, 2).
Рис. 5. Последовательность выполнения работ по реконструкции очистных сооружений
Разработанные предпроектные работы проходят утверждения во всех организациях, в которых утверждается вся проектная документация на вновь строящиеся очистные сооружения, и после этого они передаются в проектно-изыскательные организации для разработки рабочей документации, выполняемой в соответствии с принятыми нормативными данными.
Учитывая, что работа на действующих системах и сооружениях выполняется без вывода их из эксплуатации, всю работу на объекте необходимо разбивать на отдельные пусковые комплексы, которые позволяют без ущерба окружающей среде вводить реконструированные сооружения в эксплуатацию. При этом с вводом очередного пускового комплекса поэтапно будет улучшаться качество эксплуатации систем и очистных сооружений с доведением их до требуемых (или определенных техническим заданием).
Разработанные основополагающие методы реконструкции систем и сооружений водоотведения основываются на тридцатилетнем опыте выполнения работ по реконструкции кафедры водоотведения (ныне водоотведения и водной экологии) МГСУ и ООО «Коминтехс-экология».
Как видно из приведенных блок-схем выполнения работ, при разработке и реконструкции очистных сооружений можно значительно сократить время и стоимость работ по объекту за счет предпроектных решений с выполнением всех видов работ, а на стадии проектирования достаточно создания только рабочей документации для реконструируемого объекта. Особое значение приобретает не только реконструкция насосных станций, но и их восстановление и реконструкция при чрезвычайных ситуациях, которые случаются на канализационных насосных станциях. На рис. 6 приведены снимки насосной станции в одном из городов Московской области после ее разрушения из-за некачественно выполненных строительно-монтажных работ наземной части и после выполненных работ по восстановлению и реконструкции.
Рис. 6. а) наземная часть и б) подземная часть после аварии
Для восстановления строительных конструкций и технологии откачки сточных вод были проведены сложные работы, которые позволили в кратчайшие сроки ввести эту насосную станцию в эксплуатацию.
При восстановлении насосной станции была применена оригинальная схема компоновки самой станции, приемный резервуар и отделение с установленными насосами были отделены от помещений производственно-бытового назначения. Таким образом, помещения, где находятся обслуживающий персонал и системы управления работой всего оборудования насосной станции, были избавлены от возможной угрозы техногенной аварии, и риск работы на насосной станции был сведен к минимуму. Для удаления грубодисперсных примесей в приемном резервуаре были установлены ступенчатые мелкопрозорные решетки.
Рис. 7. а) напорные водоводы и б) механизированные мелкопрозорные решетки в грабельном отделении после восстановления и реконструкции
С недостатком средств, необходимых для реконструкции всего комплекса очистных сооружений, пришлось столкнуться при модернизации очистных сооружений г. Коломны.
В процессе реконструкции очистных сооружений г. Коломны в аэротенке была изменена система подачи воздуха и воды, а для обеспечения стабильности процесса удаления азота установлены полупогружные перегородки, жестко разделяющие аноксидные зоны (денитрификации) от аэробных зон (нитрификации). Всего в аэротенки были выделены четыре чередующиеся зоны денитрификации и нитрификации.
Для обеспечения перемешивания активного ила в аноксидных зонах были установлены пневматические тарельчатые гидроперемешиватели «Аква-Микс» (АС-300) компании «Экополимер», в зонах нитрификации - аэраторы «Аква-Пласт» (АР-300 М), производимые этой же компанией.
После реконструкции аэротенк был запущен в эксплуатацию. Между зонами выполнены полупогружные перегородки, подача сточной воды и активного ила осуществляется в зоны денитрификации, система аэрации и иловая насосная станция укомплектованы погружным насосом.
В таблице 1 приведены показатели очистки сточных вод на 2-й очереди аэротенков с одноиловой системой денитрнитрификации г. Коломны.
Таблица 1. Санитарно-химические показатели очистки сточных вод аэротенков 2-й очереди г. Коломны
Таким образом, использованные принципы реконструкции очистных сооружений, разработка новых методов глубокой очистки сточных вод и внедрение новых материалов и реагентов позволяют добиться качества очистки сточных вод, соответствующего требованиям к очищенной воде, сбрасываемой в водоемы рыбохозяйственного назначения. Для глубокого удаления соединений фосфора возможно применение химических методов доочистки сточных вод, при этом концентрация вводимого реагента (полихлорида алюминия) не будет превышать 10-12 мг/л.
На всех этапах необходимо авторское сопровождение всех видов работ на объекте. После пуска следует проводить в течение одного-двух лет мониторинг за работой очистных сооружений до достижения стабильных результатов в работе сооружений с обеспечением требуемого качества очистки не выше и не ниже показателей загрязнений, которые были продекларированы в техническом задании и предпроектных решениях.
Выводы:
1. Для объективной ситуации, сложившейся в системах и сооружениях водоотведения, необходимо выполнение предварительных работ по обследованию их состояния. Для принятия концептуальных решений по восстановлению, модернизации или реконструкции систем и сооружений следует выполнить поверочные расчеты.
2. После утверждения предпроектных решений выполняется проектная рабочая документация, на основании которой осуществляются все виды строительно-монтажных работ.
3. Работы на существующих системах и сооружениях водоотведения следует осуществляться поэтапно без полного выведения их из эксплуатации. Для этого вся работа должна быть разбита на пусковые комплексы.
Литература:
1. Воронов Ю.В., Саломеев В.П., Ивчатов А.Л., Побегайло Ю.П. и др. Реконструкция и интенсификация работы канализационных очистных сооружений (монография). Стройиздат, М., 1989 г.
2. Патент РФ № 2185338 «Способ биологической очистки сточных вод от соединений азота», авторы: Воронов Ю.В., Саломеев В.П., Круглова И.С., Гогина Е.С., Побегайло Ю.П.
3. Гигиенический сертификат Государственной санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации № 77.99.02.489.Д012914.11.07 от 01.11.2007.
4. Саломеев В.П. Реконструкция инженерных систем и сооружений водоотведения (монография). АСВ, М. 2009 г.
5. Саломеев В.П., Воронов Ю.В., Гогина Е.С., А.С.Рыжков. Старое - не всегда враг новому. М. Вода Magazine, № 5, 2009 г.
6. Гогина Е.С. Удаление биогенных элементов из сточных вод. М., Издательство МИСИ-МГСУ, 2010 г.
7. Воронов Ю.В., Саломеев В.П., Гогина Е.С. Методологические основы реконструкции очистных сооружений водоотведения. М., Издательство МИСИ-МГСУ, 2012 г.
The direction and methodology of reconstruction and modernization of systems and structures of water removal (problems and solutions)
The article deals with the basic directions in the reconstruction and upgradingof pumping stations and sewage treatment plants. One of the main problems with this called capacity shortage, deterioration of the equipment and the lack of quality of the article describes the purification, main directions and methodology for reconstruction of drainage systems and structures, techniques and technologies for reconstruction and modernization ofthe Organization, which allow not only effective use of existing systems and structures, but also reduce the costs of reconstructionbut to achieve high efficiency of the systems and structures.
Keywords: reconstruction, modernization, enhancement, pumping stations, treatment plants, life support systems, sanitary and ecological safety, primary sedimentation tanks, air tanks, odnoilovaa system denitri-nitrification, secondary clarifiers; recycling activated sludge denitrification zone; zone of nitrification; BOD5 suspended solids; ammoniacal; polyphosphates nitrites; nitrates.
Salomeev Valeriy Petrovich, Ph.D. (Engineering), Professor, Moscow state construction University. 129337, Moscow, Yaroslavskoe shosse, 26. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ryzhkov Alexander Dmitrievich, General Director of «Komintehs-ecology».
Журнал «Вода Magazine», №11 (111), 2016 г.
