Что такое производительность очистных сооружений?

Производительность очистных сооружений — это показатель, который отражает объем сточных вод, который очистные сооружения способны обработать за определенный период времени. Этот показатель важен для оценки эффективности работы очистных сооружений и их способности справляться с нагрузкой. Производительность может измеряться в кубических метрах в сутки или в час и зависит от конструкции, технологии очистки и состояния оборудования.

Одним из важнейших критериев подбора фильтрующих установок вообще и систем очистки сточных вод в частности является производительность очистных сооружений. Роль этого показателя настолько важна, что ни один производитель не будет подбирать оборудование, разрабатывать проект или производить иные действия, не зная его. Но как определить его, особенно, если нет никаких счётчиков на выводном коллекторе канализации? И как понять, что и когда замерять?

Единицы измерения производительности

Для начала давайте разберёмся, в каких единицах измеряется и какие есть виды производительностей. Стоит отметить, что иногда, на бытовом уровне, производительность называют расходом.

Основной единицей измерения в России принято считать куб. м/сут (м3/сут) по сточной воде. В европейских материалах иногда встречаются л/сут, Мл/сут (мегалитры в сутки), в английской системе мер часты GPD и MGPD (соответственно, галлоны и миллионы галлонов в день, gallons per day и million gallons per day).

Помимо различий в единицах измерения, есть несколько видов производительности. Как правило, поступление сточных вод происходит неравномерно. Например, в случае хозяйственно-бытовых стоков явно выражен сильный пик по утрам и вечерам, когда основная масса населения собирается на работу или возвращается с неё. Соответственно, первые два вида – это пиковые производительности – минимальная и максимальная, они определяют диапазон работы очистных сооружений.  Из этого, помимо прочего, становится понятно, почему во многих странах существуют разные тарифы на водопотребление в зависимости от времени суток – для стимулирования потребления в нетипичное время и сглаживания нагрузки на водоподготовительные и очистные сооружения. Также внутрисезонные (обычно в разрезе суток, но не всегда) колебания важны при расчёте очистных сооружений изготовителем. Стоит учесть, что иногда колебания наблюдаются внутри недели, месяца, года (например, при подмесе паводковых вод), и очень важно знать максимальный возможный расход.

Усреднение по количеству

Имея на руках график распределения поступления сточных вод, проектировщик и изготовитель сможет рассчитать такую важную часть, как ёмкость-усреднитель по количеству. Это буферный резервуар, где накапливается избыток во время пиковых нагрузок (когда происходит наибольший расход воды или большое количество загрязнений) и откуда происходит равномерный забор во время минимальных поступлений. Таким образом, после прохождения усреднителя поток из неравномерного превращается в некоторый средний (откуда и идёт название ёмкости). Это третий вид – средняя производительность, в основном под неё и рассчитывается оборудование собственно самих очистных сооружений в комплексе. Но если посмотреть глубже, то можно выделить ещё несколько подвидов расходов.

Номинальная, максимальная и мгновенная производительность

Даже с учётом усреднения поток, поступающий на очистные сооружения, может иметь остаточные неравномерности. Так, например, в случае проведения регламентных работ на одной из линий очистки, параллельно работающие единицы оборудования (например, блоки биологической очистки Биоток-R производства ООО «НПО «Агростройсервис») должны в течение некоторого времени обеспечить её «подхват», компенсирующий провал в производительности. Соответственно, выделяются ещё два вида – номинальная и максимальная производительность оборудования. Под номинальной понимается та, которая показывается при долговременной работе в нормальных расчётных условиях. Максимальная – та, которая может быть кратковременно (от нескольких часов до нескольких суток) обеспечена без необратимой поломки или дорогостоящего ремонта оборудования при повышенных нагрузках или неблагоприятных условиях функционирования. Как правило, по умолчанию в характеристиках различных устройств подразумевается номинальная производительность, а максимальная составляет +10…+30% от номинальной.

Последним, часто употребимым видом, является мгновенная производительность – то есть та фактическая, которую показывает комплекс либо его часть в конкретный момент времени. Она снимается непосредственно с приборов измерения и применяется при корректировке режимов работы в автоматическом или ручном режиме.

Очистные сооружения при оценке продуктивности следует рассмотреть в разрезе следующих критериев:

• площадь водосбора и соотношение твердых покрытий
• длительность нахождения жидкости в очистных установках и темпы окисления
• требования к степени очистки
• пропускная возможность очистных сооружений
• структура сточных вод в зависимости от специфики деятельности объекта
• способы утилизации осадка

Так как процесс сбраживания осадка является ключевым при оптимизации энергетического баланса очистных сооружений, необходимы инженерные и технологические меры по увеличению его эффективности. Ключевые из них:

• максимально возможное сгущение осадка перед сбраживанием (выход сухого вещества должен быть не менее 5%)
• применение теплообменников для рекуперации тепла
• качественное смешивание осадка в метантенках
• термофильно-мезофильное сбраживание
• применение нескольких видов предобработки осадка для повышения выхода биогаза (на данный момент этот метод находится в стадии разработки)

Энергоэффективность очистных сооружений

Самая применяемая в России классическая технологическая схема работы очистных станций с входящими в них первичными отстойниками, аэротенками и вторичными отстойниками является очень энергозатратной. Так, к примеру, очистные сооружения производительностью 100 тыс. м3/сут сточной воды, содержащей 200 мг/л взвешенных веществ и 180 мг/л БПК₅, расходуют на производственные потребности около 800 кВт электрической мощности. При расширенном технологическом процессе, который отвечает современным требованиям, потребляемая мощность увеличивается до 1600-2000 кВт, в том числе при:

• глубоком окислении аммонийного азота – на 400-600 кВт
• ультрафиолетовом обеззараживании очищенных вод – на 200-250 кВт
• аэробной стабилизации осадка – на 350-450 кВт
• механическом обезвоживании осадка на центрифугах – на 100-120 кВт

Энергоэффективность очистных сооружений – это многомерное комплексное понятие. Еще не так давно этому показателю не придавали большое значение, и в виду этого заказчики очистных сооружений стремились купить самые дешевые очистные сооружения, игнорируя эксплуатационные характеристики.

Было выделено 6 ключевых критериев для оценки качества готового проекта очистных сооружений:

1. Удельные капитальные затраты на очистку воды, руб./м³
2. Удельная площадь, занимаемая сооружениями, на единицу производительности, м²/м³
3. Удельная установленная мощность, кВт·ч/м³
4. Удельное ресурсо- и энергопотребление, г/м3 (реагенты) и кВт·ч/м³ (энергопотребление)
5. Удельная себестоимость произведенной воды, руб./м³
6. Удельные эксплуатационные затраты, руб./м³

Не стоит думать, что если очистные сооружения будут потреблять мало электроэнергии, не обеспечат должного уровня очистки стоков. И наоборот, потребляя большое количество электроэнергии, установки будут выдавать хороший результат по очистке. Грамотное сочетание перечисленных выше критериев позволит добиться высокой энергоэффективности.

На энергоэффективность сооружений водоочистки оказывает влияние не только состав поступающих стоков, но и неравномерность их поступления. Например, для хозбытового стока существует коэффициент неравномерности 1,4.

Если в процессе биологической очистки требуется удаление биогенных элементов (процессы нитрификации, денитрификации), то необходимо строительство аэротенков, потребляющих большое количество электроэнергии. На них приходится 25% стоимости, 55% площади и до 75% расхода электроэнергии. Напрашивается вывод, что основные усилия ученых, инженеров и конструкторов должны акцентироваться в этом направлении, поскольку наблюдается высокий потенциал улучшения энергоэффективности очистных установок в целом.

Кроме этого, следует уделять время вопросам проектирования и размещения объектов инфраструктуры: здания размещаются на больших площадях, вследствие этого внутренние трубопроводы затрачивают большое количество электрической энергии и денег. Автоматизация технологических процессов может получить экономию в размере до 1/3 персонала, занятых на станции очистки.

Экономическая эффективность очистных сооружений

Экономическая эффективность – это сопоставление выбранной мощности установки, ее себестоимости и первоначальных затрат. Ключевым критерием подбора схемы очистки сточных вод называют предельную степень зависимости затрат на содержание очистных установок от их мощности.

Можно повысить производительность очистных установок при усовершенствовании приемов работы или более грамотного использования систем очистки после проведения научно-исследовательских изысканий. Главная область развития очищения стоков – это рост полезной производительности станций очистки, повышение качества очистки, создание экономичных и высокоэффективных конструкций сооружений.

Современные сооружения биологической очистки сточных вод оснащаются оборудованием автоматизации процессов для бесперебойной работы технологического оборудования. Для снижения ошибок в производственном цикле очистки, обычно возникающих из-за «человеческого фактора», применяются комплексные системы автоматизации технологического процесса (АСУ ТП).

Минимальная степень автоматизации очистных сооружений производства ООО «НПО «Агростройсервис» включает в себя установку шкафов управления насосами в канализационной насосной станции. Насосное оборудование в автоматическом режиме включается для перекачки стоков по сигналам поплавковых или гидростатических датчиков КИПиА и также автоматически выключается при снижении уровней жидкости.

Для повышения эффективности очистки специалистами ООО «НПО «Агростройсервис» устанавливаются дополнительные датчики на основные узлы технологической линии. Так, в приемную камеру устанавливаются датчики уровня, что позволяет избежать перелива стока. Одновременно с этим дополнительное оснащение трубопроводной обвязки запорной арматурой с электрическим приводом позволяет избежать последствий аварийных ситуаций: по сигналам датчиков перелива задвижки в автоматическом режиме открывают коллектора опорожнения для сброса излишних стоков в аварийный накопитель.

В блоки биореакторов устанавливают датчики-анализаторы концентраций активного ила для корректировки биомассы – откачки излишек или наращивания. В этих же блоках устанавливают датчики кислорода для регуляции объема воздуха в аэротенках с помощью снижения или увеличения производительности воздуходувок с помощью частотных преобразователей. Работа перемешивающих устройств в усреднителях и блоках анаэробного реактора также осуществляется без участия людей.

Вся информация с «органов чувств» очистных сооружений — датчиков и анализаторов — поступает в центральный процессор управления и выводится на экран оператора. Оператор видит полную картину происходящего на технологической линии, в любой момент может внести корректировки в работу того или иного узла или агрегата. Вся статистика хранится в базе данных и доступна для анализа.

Таким образом, внедрение АСУ ТП является ключевым фактором в предупреждении аварий и последствий от чрезвычайных ситуаций, способным нанести многомиллионный ущерб, а также позволяет значительно снизить электропотребление комплекса очистки в целом за счет исключения холостого хода технологического оборудования.

Кроме того, автоматизация позволяет сократить количество обслуживающего персонала, но требует присутствия квалифицированных специалистов для управления и обслуживания данных систем. Более подробно читайте в статье «АСУ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ».

Определение полной производительности очистных сооружений

Разобравшись с видами производительностей, возникает вопрос: а как её измерить, особенно если очистные сооружения существуют пока лишь в теории и каких-либо приборов учёта ещё не имеется в наличии?

Прежде чем выбрать метод водоподготовки и технологическую схему очистных сооружений, рассчитывают полную производительность очистных сооружений. Она складывается из:

• расчетного расхода воды для суток максимального водопотребления
• расхода воды на собственные нужды
• расхода воды на противопожарный запас

Qрасч=α∙Qmax.сут+Qдоп,

где α- коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды станции, принимается согласно СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Расходы воды для суток максимального водопотребления определяется по формуле:

Qmax.сут=Kсут.max∙∑qmax.сут∙N/1000,

где K_сут.max – коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели

q_max.сут – норма расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды на одного жителя

N – расчетное число жителей в районах жилой застройки с различной степенью благоустройства

Расчетная продолжительность тушения пожара в населенном пункте и на промпредприятии принимается равной 3 ч. В течение этого времени должен быть обеспечен полный расход воды на пожаротушение, который составляет:

Q_доп = 3,6*n*q_пож*t_пож/г_пож 

где n – число одновременных пожаров

q_пож – расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте на один пожар

t_пож – продолжительность тушения пожара

Г_пож – время восстановления пожранного объема воды, который должен быть не менее 24 ч

Обращаясь к специалистам нашей компании, вы получаете грамотное обоснование необходимой вам производительности очистных сооружений. Наши технологи подберут оптимальную схему очистки стоков, необходимое оборудование. Мы гарантируем выход очистных сооружений на заявленные мощности. Звоните 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40, направляйте запросы на почту acs@acs-nnov.ru.