CC BY
29УДК 628.355
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ
СООРУЖЕНИЯХ
Салиев Э. И.*, Штонда Ю. И.**, Штонда А. Ю **, Звягинцев Ю.М ***,
Пилявская А. в.****, Злобина А. д.****
*ФГАОУ ВО им. В. И. Вернадского АСиА, г. Симферополь, Р. Крым. **ООО " НПФ "ЭКВИК", ул. В. Хромых, д. 29, оф. 2, г. Алушта, Р. Крым. ООО «НПФ ЭнергоСПЕЦпрект», ул. Пионерская, 17, оф 5, г. Алушта, Р. Крым. АФ ГУП РК "Вода Крыма", ул. Партизанская, д. 41, г. Алушта, Р. Крым. E-mail: saliv.en@mail.ru, shtonda-yurij@mail.ru , kimeriya@mail.ru , anastasiya_simfer@mail.ru Аннотация: Приведены результаты исследований по обеззараживанию сточных вод на существующих канализационных очистных сооружениях с использованием альтернативных источников энергоснабжения.
Ключевые слова: сточные воды, биологическая очистка, канализационные очистные сооружения, солнечная энергия, электроэнергия, малая гидроэлектростанция, обеззараживание.
Введение
Эффективная работа канализационных очистных сооружений по очистке от загрязнений сточных вод является очень важной экологической и социально значимой задачей.
Устойчивая и эффективная работа канализационных очистных сооружений, зависит от качества работы систем энергоснабжения. Отсутствие электроэнергии на канализационных очистных сооружениях, более чем на два часа, приводит к гибели активного ила, и как следствие выход из работы всего комплекса биологической очистки. Поэтому, вопросы по обеспечению стабильной, надежной и эффективной работы систем энергоснабжения канализационных очистных сооружений чрезвычайно актуальны не только в России и других странах СНГ, но и во всем мире. [1-4].
Анализ публикации
Учитывая сложившеюся ситуацию с энергоснабжением Республики Крым, предлагается внедрение энергосберегающих технологий, для устойчивого обеспечения электроэнергией комплекса объектов водоотведения, которые позволят использовать альтернативную энергию для эффективной и экологически надёжной работы канализационных очистных сооружений.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабу ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна.
Для размещения солнечных электростанций в Республике Крым наиболее приемлемо и эффективно для дальнейшего развития - побережье Азовского и Черного морей и территорий прилегающих к ним. Для строительства солнечных электростанций предусматривается использование территорий, которые непригодны для ведения
любого из видов сельского хозяйства и других видов промышленных производств.
Энергия солнечной радиации преобразуется в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей - устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности, что делает их перспективными.
Недостатком ФЭП является их высокая стоимость и низкий КПД (в настоящее время КПД составляет 10 - 15 %).
Солнечные модули являются основными компонентами для построения фотоэлектрических систем (ФЭС) и могут быть изготовлены мощностью до 1000 и более кВт. ФЭС могут быть смонтированы в любой конфигурации, максимально учитывая рельеф местности. ФЭС разделяются на два типа: автономные (локальные) и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа позволяют отдавать излишки электроэнергии в сеть, которая, в случае возникновения внутреннего дефицита электроэнергии, служит резервом [5, 6].
Цель и постановка задачи исследования
Для использования альтернативных источников энергоснабжения рассмотрены действующие канализационные очистные сооружения в г. Евпатория и п. Малореченское в Республике Крым различной производительности.
Основной раздел
Производительность канализационных очистных сооружений г. Евпатория по очистке сточных вод составляет 64000 м3/сут. Территория земли, на которой расположены канализационные очистные сооружения, составляет 45 га. Под размещение сооружений, зданий, технологических проездов, зеленых насаждений задействовано около 20 га земли, оставшаяся часть земли отведена под санитарную зону первой категории. Для размещения солнечной аккумулятивной электростанции рассматривалось использование данной территории.
Для разработки комплекса солнечной аккумулятивной электростанции (САЭС) и ветроэнергетической установки (ВЭУ) для КОС г. Евпатория, исходные данные для расчета системы электроснабжения приняты следующие:
- тип ФСМ: BSL6B-230W;
- суточное потребление энергии потребителем: 5500кВт;
- характеристики потребителя: 380В, 50Гц, количество фаз - 3, форма тока - синусоидальная;
- период эксплуатации системы: круглый год;
- интенсивность солнечного излучения принята для г. Евпатория;
- тип аккумуляторных батарей: щелочной серии KGL с газовой рекомбинацией для объектов солнечной и ветроэнергетики.
При выполнении работы по выбору и расчету электрической установки определено:
- среднее количество солнечной энергии для получения необходимого количества электроэнергии для обеспечения работы КОС;
- параметры фотоэлектрических преобразователей;
- параметры установки, площадь ФЭП;
- количество модулей;
- тип и количество аккумуляторных батарей;
- тип и количество ВЭУ (ветроэнергетическая установка).
Солнечные модули являются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем (ФЭС). Они могут быть изготовлены с любым выходным напряжением [2, 5-7].
Комплекс солнечной аккумулятивной электростанции (САЭС) и ветроэнергетической установки (ВЭУ) работает круглосуточно, в течение всего календарного года независимо от времени суток и количества пасмурных дней, при генерировании 2590кВт в час электроэнергии. Стоимость строительства САЭС только для внутреннего потребления выработанной
электроэнергии на КОС в количестве 5500 кВт в сутки, составит 8 млн. долларов США, а срок окупаемости 7 - 8 лет.
Производительность канализационных очистных сооружений в п. Малореченское по очистке сточных вод составляет в зависимости от сезона 280-800 м3/сут. Мощность (САЭС) для канализационных очистных сооружений в п.
Малореченское составляет 428,4 кВт/сут. Количество модулей - 3400 шт., общей площадью 2720 квадратных метров. Срок окупаемости составляет 10 - 12 лет. Гарантийный срок надежной работы - до 30 лет.
На данный момент, особенно актуален для эффективной очистки сточных вод на канализационных очистных сооружениях Республики Крым, вопрос эффективного обеззараживания очищенных сточных вод, которые содержат в себе, возбудителей таких опасных заболеваний как холера, дизентерия, тиф, сальмонеллез, вирусный гепатит, полиомиелит, энтеровирусные и аденовирусные инфекции, лептоспироз, бруцеллёз, туберкулёз, гельминтозы и другие.
Учитывая большую эпидемиологическую опасность, очистные сооружения, на которых происходит очистка сточных вод, в обязательном порядке должны иметь специальное оборудование для обеззараживания очищенной сточной воды.
На сегодняшний день в практике очистки сточных вод применяются три основных метода обеззараживания: хлорирование, озонирование и обеззараживание с помощью ультрафиолетового (УФ) излучения. Методы хлорирования и озонирования относятся к химическим методам обеззараживания. Принцип их действия основан на окислении оболочек клеток микроорганизмов, что приводит к их разрушению, и как следствие, к гибели самих микроорганизмов. Процесс обеззараживания в среднем длится 30-90 минут, что требует наличия соответствующих реакционных камер, или достаточной длины коллектора, в котором будет проходить процесс обеззараживания. Метод УФ обеззараживания относится к физическим методам. Обеззараживание очищенной сточной воды происходит в результате мгновенного повреждения клеток микроорганизмов
коротковолновым ультрафиолетовым излучением. Особенно опасно УФ излучение действует на бактерии и вирусы, которые возбуждают такие опасные заболевания, как дизентерия, холера, тиф, туберкулез, вирусный гепатит, полиомиелит и другие. УФ обеззараживание сточной воды осуществляется за счёт прямого действия ультрафиолетовых лучей на клеточную и молекулярную структуру микроорганизмов, что вызывает разрушение молекул ДНК и повреждение оболочек клеток микроорганизмов, что приводит к их мгновенной гибели. Обеззараживание воды с помощью УФ излучения осуществляется без внесения в воду вредных химических соединений. Единственным условием применения метода УФ обеззараживания является правильно выбранная доза УФ облучения, т.е. количество ультрафиолетовой энергии, которая необходима для уничтожения находящихся в воде микроорганизмов [8-12]. Длительность обеззараживания составляет несколько секунд, что позволяет использовать этот
метод без применения реакционных камер или контактных резервуаров и коллекторов.
В последние годы, поднимается вопрос о необходимости полного отказа от хлорирования сточных вод при их очистке. Так, согласно действующим в Российской Федерации нормативным документам [10] по организации государственного санитарно-эпидемиологического надзора за обеззараживанием сточных вод, количество остаточного хлора в сточных водах, сбрасываемых в водоёмы, не должно превышать 1,5 мг/дм3. Но даже такое небольшое количество остаточного хлора оказывается очень токсичным для флоры и фауны водоёмов и приводит к практически полному прекращению процессов самоочищения этих водоёмов. Беспокойство, вызванное повышенной токсичностью следов остаточного хлора и хлораминов, диктует необходимость снижения остаточной концентрации хлора до 0,1 мг/дм3.
Учитывая общегосударственную
направленность по внедрению эффективных технологий на канализационных очистных сооружениях, применение ультрафиолетового облучения для устойчивого обеззараживания позволит эффективно дезинфицировать очищенные сточные воды и исключит возможность образования в обеззараженной сточной воде опасных токсичных соединений.
Использование на канализационных очистных сооружениях для устойчивого обеззараживания очищенных сточных вод, оборудования для получения ультрафиолетового облучения, увеличивает их энергопотребление на 10-15%. Поэтапное строительство солнечных аккумулятивных электростанций и
ветроэнергетических установок на канализационных очистных сооружениях позволит компенсировать увеличение энергопотребления.
Также, для компенсирования увеличения энергопотребленияна канализационных очистных сооружениях при использовании для устойчивого обеззараживания очищенных сточных вод, оборудования для получения ультрафиолетового облучения возможно применение
свободнопоточных микрогидроэлектростанций.
Простой анализ энергетического потенциала используемых на очистных сооружениях водоотводящих каналов позволяет сделать вывод о том, что особой популярностью могут пользоваться небольшие свободнопоточные микрогидроэлектростанции (микроГЭС) единичной мощностью от 0,7 до 10 кВт. Главным достоинством таких микроГЭС является возможность их монтажа в существующем водоотводящем канале, либо по байпасной схеме рядом с водоотводящими каналом, откуда собственно и название - бесплотинные или свободнопоточные гидроэлектростанции. В случае наличия естественного перепада высот достаточной
величины (5 - 10 м) возможно применение деривационных микроГЭС.
Проведенный анализ работы оборудования для обеззараживания сточных вод на существующих канализационных очистных сооружениях с помощью УФ излучения [8, 9, 11, 12] и микроГЭС [13, 14] показывает, что в зависимости от неравномерности поступления сточных вод, микроГЭС обеспечивает на 65-80% количество необходимой электроэнергии для эффективного обеззараживания сточных вод.
Для обеспечения необходимого количества электроэнергии для эффективного обеззараживания сточных вод, при комплексном использование микроГЭС и солнечных электростанций позволяет полностью обеспечить электроэнергией работу оборудования для обеззараживания очищенных сточных вод, а в солнечные дни, выдавать во внутреннюю электрическую сеть канализационных очистных сооружений дополнительную
электроэнергию [15, 16].
Выводы
Для обеспечения экологической безопасности прибрежной зоны Республики Крым, предлагается для устойчивого и бесперебойного обеспечения электроснабжением оборудования для обеззараживания сточных вод на существующих канализационных очистных сооружениях с помощью УФ излучения, использовать совместную работу микроГЭС и солнечных аккумуляционных электростанций, что позволит обеспечить эффективное и устойчивое обеззараживания очищенных сточных вод.
Список литературы
1. Эпоян С.М., Штонда И.Ю., Штонда Ю.И., Зубко А.Л., Звягинцев Ю.М. Интенсификация работы малогабаритных канализационных очистных сооружений с использованием солнечной энергии. // MOTROL. - Lublin, 2010. - Vol. 12C. - P. 315-321.
2. S. Epojan, I. Shtonda, Y. Shtonda, A. Zubko, Y. Zvyagintsev. Solar energy usage for the improvement of the treatment efficiency and operation stability atsmall-scale wastewater treatment plants. // MOTROL. -Lublin, 2011. - Vol. 13C. - P. 91- 96.
3. Штонда Ю.И., Салиев Э.И., Эдимов Р.Р., Зубко А.Л., Штонда И.Ю. Повышение очистки сточных вод от соединений азота на канализационных очистных сооружениях города Красноперекопска. // «Строительство и техногенная безопасность». - Сб. науч. тр. - 2012.- Вып.43. -С.97 - 101.
4. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / [Н.И. Лихачев, И.И. Ларин, С.А. Хаскин и др.]; под общ. ред. В.Н. Самохина. - [2-е изд. перераб. и доп.]. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с.
5. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей: Пер. с англ. / Под ред. М.М. Колтуна. - М.: Энергоатомиздат, -1983.- С. 30-36.
6. Кувшинов В.В., Сафонов В. А, Стаценко И.Н. Применение солнечной энергии: метод. пособие. -Севастополь: СНУЯЭиП, - 2005. - 48 с.
7. Андреев В.М. Фотоэлектрические преобразование солнечного излучения. /
B.М.Андреев, В. А. Грилихес, В. Д. Румянцев. - М.: Наука, - 1989. - С. 64-66.
8. Эпоян С.М., Штонда 1.Ю. Шаляпин С.М., Шаляпина Т.С., Зубко О.Л., Штонда Ю. I. Ультрафiолетовi установки для знезараження спчних вод та шляхи 1х вдосконалення // Науковий вюник будiвництва. - Харшв. - 2015. - Вип. 1(79). -
C. 237 - 241.
9. Шалятн С.М., Штонда Ю.1., Шаляшна Т. С. Застосування УФ опромшення для знезараження спчних вод на малих очисних спорудах. // «Водопостачання та водоввдведення». - КиГв - 2013. - №2/13. - С. 14-19.
10. Методологические указания МУ 2.1.5.800 -99: Организация госсанэпиднадзора обеззараживанием сточных вод. - Минздрав России, М.- 2000.
11. Штонда Ю.И., Шаляпин С.Н., Штонда И.Ю., Шаляпина Т.С. Обеззараживание сточных вод на локальних очистных сооружениях. // Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення, IX мiжн. науково-практична конф.я, м. Алушта, 09-13
вересня 2013 р, Зб. наук. пр. - Харшв: «Райдер». -2013. - Т. 1. - С. 282 - 287.
12. Эпоян. С., Штонда И., Штонда Ю., Шаляпин С., Шаляпина Т., Зубко А. Обеззараживание сточных вод на локальних очистных сооружениях при использовании ультрафиолетового излучения // MOTROL. - Lublin, 2013. - Vol. 15-6. - P. 85-92.
13. Zotloterer: Smart - Energy - Systems -Режим доступа: http://www.zotloeterer.com.
14. Встовский А.Л., Федий К.С., Архипцев М.Г., Спирин Е.А. Система управления асинхронным генератором для возобновляемых источников энергии. Известия Томского политехнического университета. - 2014. - Т. 324. №4. = С. 133-138.
15. Штонда Ю. И., Звягинцев Ю.М. Зубко А.Л. Автономное энергоснабжение канализа-ционных очистных сооружений в АР Крым. // «Водопостачання i водовщведення». - Кшв. - 2012. - №1/12. - С. 54-57.
16. Эпоян С.М., Штонда Ю. И., Зубко А.Л. Звягинцев Ю. М. Автономное энергоснабжение КОС города Евпатория с использованием фотоэлектрических преобразователей и горизонтальных ВЭУ с асинхронными генераторами. // Науковий вюник будiвництва. - Харшв: ХНУБА, ХОТВ АБУ. -2012.- Вип.67.- С.270-275.
Saliev E.I., Shtonda Yu.I., Shtonda A.Yu., Zvyagintsev Yu. V.,
Pilyavskaya A.V., Zlobina A.D.
THE USE OF ALTERNATIVE ENERGY SOURCES FOR THE DISINFECTION OF WASTERWATER IN SEWAGE TREATMENT PLANTS
Summary: The results of studies on the disinfection of wastewater from existing sewerage treatment plant with using alternative energy sources.
Key words: wastewater, biological treatment, sewerage treatment plant, solar energy, electricity, small hydro power plant, disinfection.
