CC BY
6Проектирование, строительство и реконструкция объектов военного назначения
УДК 355.7
Чистяков А.Э., Игнатчик В.С., Анисимов Ю.П.
Chistyakov A.E., Ignatchik V.S., Anisimov Y.P.
Методика обоснования оптимальных технологических схем очистки сточных вод на
объектах Минобороны России
Methodology of substantiation of optimal technological schemes of wastewater treatment at the facilities of the Ministry of Defense of the Russian Federation
Аннотация. в статье рассмотрены современные технологии удаления азота и фосфора, проведен анализ возможности их применения на канализационных очистных сооружениях Минобороны России, приведена методика обоснования оптимальных характеристик КОС, обоснована оптимальная схема блока биологической очистки сточных вод на КОС п. Приветнинское.
Abstract. the article considers modern technologies for the removal of nitrogen and phosphorus, analyzes the possibility of their use at sewage treatment plants of the Ministry of Defense of the Russian Federation, provides a methodology for justifying the optimal characteristics of the CBS, justifies the optimal scheme of the biological wastewater treatment unit at the CBS P. Hello, Moscow.
Ключевые слова: системы водоотведения, канализационные очистные сооружения, биологическая очистка сточных вод.
Keywords: drainage systems, sewage treatment plants, biological wastewater treatment.
Системы водоотведения Минобороны России включают в свой состав две группы сооружений: транспортные и очистные. Первые - транспортные сооружения включают в себя канализационные сети и канализационные насосные станции (далее КНС), вторые -канализационные очистные сооружения (далее - КОС) включают в себя сооружения и оборудование для очистки воды и обработки осадков.
Анализ технического состояния объектов коммунальной инфраструктуры Минобороны России [1 - 6] показал, что в наиболее худшем состоянии оказались объекты ВКХ. Особенно канализация, и в первую очередь очистные сооружения сточных вод поскольку только на 7% объектах Минобороны сточные воды очищаются то требуемой степени. Причины понятны: финансирование по остаточному принципу и т.п. С другой стороны, можно выделить, что одной из немаловажных причин являлось и то, что до настоящего времени все это «сходило с рук». Штрафы начислялись, но не платились. Через три года аннулировались и т.п. В то же время требования к степени очистки сточных вод и платежи за негативное влияние на окружающую среду продолжают расти. В связи с этим возникает вопрос о строительстве нескольких тысяч КОС стоимостью в десятки миллиардов рублей.
Анализ производственных мощностей объектов систем водоотведения показывает, что наибольшее их количество (более 91%) в соответствии с [4], относится к небольшим, малым и сверхмалым очистным сооружениям (табл. 1)
Таблица 1
Категории очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений _или городских округов по мощности__
Категория очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений или городских округов по мощности Объем сброса сточных вод в водный объект, м3/сут. Сооружения МО РФ, %
Сверхкрупные очистные сооружения свыше 600000 -
Крупнейшие очистные сооружения 200001 - 600000 -
Крупные очистные сооружения 40001 - 200000 -
Большие очистные сооружения 10001 - 40000 2,1
Средние очистные сооружения 4001 - 10000 6,0
Небольшие очистные сооружения 1001 - 4000 19,4
Малые очистные сооружения 101 - 1000 41,2
Сверхмалые очистные сооружения 10 - 100 31,2
Итого — 100
Требования, предъявляемые к составу очищенных сточных вод, являются достаточно высокими для существующих КОС и в большинстве случаев недостижимыми без осуществления их модернизации. Так, например, основная часть КОС проектировалась и вводилась в эксплуатацию в 60-70 гг. прошлого века. В тот период основной технологией очистки сточных вод была только аэробная обработка и этого было достаточно для обеспечения требований к составу сточных вод. В связи с увеличением экологического воздействия на окружающую природную среду в целом, и водные объекты в частности, требования в настоящее время стали выше, как по перечню загрязнений, так и их количеству (табл.2).
Таблица 2.
Технологические показатели для очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений или городских округов, предназначенных для очистки смешанных __(городских) сточных вод
Категории очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений или городских округов по мощности Технологические показатели (среднегодовые значения концентрации загрязняющих веществ в смешанных (городских) сточных водах, сбрасываемых в водные объекты, не более, мг/л)
взв.в-ва ХПК БПК5 £ 1 СО 0 г 1 г CN О й 1 о" а, 1 а.
I. При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории А
Большие - сверхкрупные очистные сооружения 5 40 3 1 9 0,1 0,5
Сверхмалые - средние очистные сооружения 10 40 5 1 9 0,1 0,7
II. При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории Б
Большие - сверхкрупные очистные сооружения 10 80 8 1 9 0,1 0,7
Малые - средние очистные сооружения 15 80 10 1,5 12 0,25 1 (1,5)
Сверхмалые очистные сооружения 15 80 12 8 18 0,25 5
III. При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории В
Большие - сверхкрупные очистные сооружения 10 80 8 1 9 0,1 1
Средние очистные сооружения 15 80 12 2 9 0,15 5
Сверхмалые - небольшие очистные сооружения 15 80 12 8 18 0,25 5
IV. При сбросе в водный объект (часть водного объекта) категории Г
Большие - сверхкрупные очистные сооружения 15 80 10 2 9 0,2 5
Сверхмалые - средние очистные сооружения 15 80 12 8 (20) 18 0,25 5
Современное состояние научных исследований в области очистки сточных вод значительно продвинулось по сравнению с периодом строительства основной части КОС Минобороны РФ. Лидерами по внедрению современных технологий являются крупные города, в первую очередь Москва и Санкт-Петербург. Это вполне объяснимо разным уровнем и подходом к финансированию такой отрасли как водородно-канализационное хозяйство. Также важно отметить значительную разницу в мощности систем водоотведения крупных городов и объектов Минобороны РФ. Поэтому принятые технические решения по обеспечению качества очистки сточных вод на таких крупных сооружениях не могут быть в полном объеме применены на КОС эксплуатируемых в Минобороны РФ.
Руководство Минобороны РФ проводит последовательную реализацию планов по повышению качества среды обитания и снижению вредного воздействия на окружающую природную среду. Реализация таких масштабных проектов невозможна без соответствующего анализа и научных исследований.
Первым этапом выполнения планов стало решение о модернизации опытно-экспериментальных очистных сооружений сточных вод на базе обеспечения учебного процесса в пос. Приветнинское. На указанных КОС планируется отработка и реализация всего комплекса мероприятий, начиная с разработки технического задания на проектирование и заканчивая организацией эффективной эксплуатации. Особенностью выбранных КОС является их переменный режим эксплуатации по объёму суточного притока в летний и зимний периоды.
Для реализации указанных планов Департаментом эксплуатационного содержания и обеспечения коммунальными услугами воинских частей и организаций Министерства обороны Российской Федерации совместно с Военным институтом (инженерно-техническим) Военной академии материально-технического обеспечения проведены исследования эффективности технологических схем для глубокой очистки сточных вод от органических загрязнений и соединений азота и фосфора [7 - 12, 14], см. рис. 1 и 2.
Рис. 1. Технологические схемы процессов нитри- денитрификации: а) - процесс с предденитрификацией; б) - тоже, ступенчатый; в) - тоже, «карусельный»; г) - тоже,
периодический и симультанный
Рис. 2. Технологические схемы процессов нитри- денитрификации: а) - процесс А2О; б) - тоже,
JBH; в) - тоже, UCT; г) - тоже, MUCT
В результате для опытно-экспериментальных очистных сооружений сточных вод предложена технологическая схема, представленная на рис. 3. Ее отличительной особенностью является параллельное применение двух технологий нитри-денитрификаций. Одна из них предполагает осуществление разделения иловой смеси на вторичных отстойниках, а вторая - на мембранах, образуя мембранно-биологический реактор.
Рис. 3. Технологическая схема опытно - экспериментальной установки сточных вод в поселке
Приветнинское
Для выбранной схемы проанализирована эффективность в условиях переменной нагрузки: в зимний период 300 м3/сутки; в летний - 600 м3/сутки. Результаты анализа приведены на рис. 4.
Из графиков на рис. 4 видно, что при суммарном фактическом объеме биоблока, равном 200 м3 удовлетворяются условия очистки:
а)
б)
Рис. 4. Режимы работы технологических схем нитри - денитрификации: а) технологической
схемы с вторичным отстойником; б) то же, с мембранно - биологическим блоком.
- расчетная зимняя производительность с применением вторичных отстойников составляет 100 м3/сутки, а летняя - 200 м3/сутки. При этом соотношение требуемых объемов денитрификатора и нитрификатора составит 0,45;
- расчетная зимняя производительность с применением мембранно-биологического реактора составляет 200 м3/сутки, а летняя - 420 м3/сутки.
Вторым шагом реализации плана повышению качества среды обитания и снижению вредного воздействия на окружающую природную среду является выработка единых подходов к вопросам эксплуатации модернизированных сооружений.
Для этого Военным институтом (инженерно-техническим) Военной академии материально-технического обеспечения в рамках ряда проводимых научно-исследовательских работ разработан компьютерный тренажёрный комплекс (рис.5.), позволяющий моделировать работу блока биологической очистки сточных вод для всех современных схем обработки сточных вод. Поскольку важнейшим элементом эффективной работы комплекса очистных сооружений является их правильная эксплуатация.
Рис.5. Интерфейс компьютерного тренажёрного комплекса
Применение компьютерного тренажёрного комплекса позволит выявлять «узкие места» КОС, как на этапе проектирования, так и при их эксплуатации. Повысить уровень подготовки эксплуатационного персонала и качество очистки сточных вод.
Выводы.
1. В Минобороны России выработан единый подход для реализации комплекса мероприятий повышению качества среды обитания и снижению вредного воздействия на окружающую природную среду.
2. Для очистки сточных вод объектов Минобороны России с переменным количеством проживающих людей целесообразно применять биологические методы очистки с первичным отстаиванием и без него.
3. Результаты численного анализа технологии нитри - денитрификации, оборудованных вторичными отстойниками, или мембранно - биологических реакторов показали их эффективность при отличающихся расчетных расходах в зимний и летний периоды.
Список литературы:
1. Федеральный Закон РФ от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».
2. Федеральный закон РФ от 10.01.2002 N 7-ФЗ (в ред. от 01.01.2018) "Об охране окружающей среды".
3. Федеральный Закон РФ от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Водный кодекс Российской Федерации».
4. Постановление Правительства РФ №1430 от 15.09.2020. «Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов».
5. Коновалов В.Б., Игнатчик В.С., Спиваков М.А. Методики оптимизации систем водоотведения объектов военной инфраструктуры. Научные проблемы материально -технического обеспечения Вооружённых Сил Российской Федерации. Выпуск 4(10), 2018. С. 8391.
6. Анисимов Ю.П., Саркисов С.В. Основные положения программы модернизации водопроводно-канализационного хозяйства Министерства Обороны Российской Федерации. Сборник докладов круглого стола международного военно-технического форума «Армия 2018». Современное состояние эксплуатационного содержания казарменно-жилищного фонда Министерства Обороны России и инновационные пути перспектив его развития. Изд-во: ФГАОУВО "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого". 2018. с: 5563.
7. Анисимов Ю.П., Булат Р.Е., Вакуненков В.А. Модернизация объектов коммунального назначения Министерства обороны Российской Федерации. Сборник докладов круглого стола международного военно-технического форума «Армия 2018». Современное состояние эксплуатационного содержания казарменно-жилищного фонда Министерства Обороны России и инновационные пути перспектив его развития. Изд-во: ФГАОУВО "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого". 2018. с: 19-21.
8. Игнатчик В.С., Анисимов Ю.П. Оптимизация мероприятий по повышению эффективности очистки сточных вод на объектах Минобороны России. Сборник докладов XXIII Всероссийской научно-практической конференции РАРАН. Российская академия ракетных и артиллерийских наук «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Санкт-Петербург, 2020. С. 130-144
9. Пат. 2727530 Российская Федерация, МПК G06Q 30/00. Система для оптимизации инвестиционных потоков / Игнатчик В.С., Анисимов Ю.П. и др.; заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации. - № 2019103887; заявл. 12.02.19; опубл. 22.07.20, Бюл. № 21.
10. Пат. 2727561 Российская Федерация, МПК G06Q 50/06. Система для оптимизации инвестиционных потоков при ограниченном финансировании / Игнатчик В.С., Анисимов Ю.П. и др.; заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации. - № 2019111802; заявл. 18.04.19; опубл. 22.07.20, Бюл. № 21.
11. Пат. 2440306 Российская Федерация, МПК G02F 3/30. Способ обеспечения надежности очистки сточных вод от соединений азота и фосфора / Васильев Б.В., Трухин Ю.А., Рублевская О.Н., Ильин Ю. А., Игнатчик В.С., Игнатчик С.Ю. Заявитель и патентообладатель Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга". - № 2010124223/05; заявл. 11.06.2010; опубл. 20.01.2012 Бюл. № 2.
12. Харькина О.В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод / О. В. Харькина. Волгоград: Панорама, 2015. - 433 с.
13. Данилович, ДА. Расчет и технологическое проектирование сооружений биологической очистки городских сточных вод в аэротенках с удалением азота и фосфора / Д. А. Данилович, А. Н. Эпов. — Москва, 2020 — 225.
14. Кащеев Р.Л., Чистяков А.Э., Саркисов С.В., Мусатов В.И. Особенности проектирования станций очистки бытовых сточных вод малых военных городков // Актуальные проблемы военно-научных исследований: сборник научных трудов / под ред. В.Б. Коновалова -СПб.: ПОЛИТЕХ -ПРЕСС, 2019. -С. 250-257.
