Водоснабжение очистных сооружений

Прием сточных вод на очистные сооружения — начальный этап на пути к чистой воде. Стоки попадают на станцию через коллекторы или насосные станции. Там грязная вода предварительно обрабатывается. В процессе очищения удаляются крупные загрязнения, такие как песок, масла и твердые частицы. После этого вода направляется на биологическую очистку, где микроорганизмы разлагают органические вещества. Эффективный прием сточных вод обеспечивает бесперебойную работу всего комплекса очистных сооружений и способствует соблюдению экологических стандартов.

Для проектирования водоснабжения очистных сооружений предусмотрены следующие строительные нормы:

• СП 30.13330.2020 - Внутренний водопровод и канализация зданий (Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85)
• СП 31.13330.2021 - Водоснабжение. Наружные сети и сооружения (Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84)
• СП 32.13330.2018 (с изм. 2) - Канализация. Наружные сети и сооружения (Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85)
• СП 10.13130.2020 - Внутренний противопожарный водопровод (Требования пожарной безопасности)
• СП 8.13130.2020 - Источники наружного противопожарного водоснабжения (Требования пожарной безопасности)

Кроме того, проектная документация составляется строго в соответствии с Постановлением правительства № 87.

Разработка проектной и рабочей документации происходит в несколько этапов:

1) Получение технических условий
2) Составление технического задания
3) Заключение договора на проектирование
4) Разработка проектной документации
5) Получение положительного заключения экспертизы
6) Разработка рабочей документации
7) Согласование рабочей документации

Цена проекта водоснабжения варьируется в зависимости от типа и параметров здания, протяженности и условий прокладки сети водоснабжения, стадии проектной документации, необходимости согласования документации и др.

Понятие рецикла в очистных сооружениях

Иногда, в основном при анализе технологического устройства тех или иных установок по очистке сточных вод, попадается такое понятие, как рецикл. Разберем подробнее, что это такое и как он влияет на работу очистных сооружений.

В более широком смысле под рециклом понимается некое повторение по кругу какого-то процесса, перемещение среды. В сфере водоотведения и водоподготовки под рециклом понимается повторная обработка (полная или частичная) воды, уже прошедшей установку очистки или водоподготовки.

Казалось бы, зачем требуется данная операция, ведь на это затрачиваются ресурсы, реагенты? Тем не менее смысл есть, и зачастую весьма большой. Можно выделить несколько ситуаций, когда стоит предусмотреть рециклирование обрабатываемой жидкости. Но для этого сначала стоит рассмотреть, как осуществляется водоснабжение установок очистных сооружений и зачем оно нужно.

Практически все системы очистки сточных вод нуждаются в некотором количестве чистой воды для технических нужд. Промывки фильтров с зернистой загрузкой, обезвоживающих механизмов, профилактические мойки оборудования – все эти процессы проводятся водой, по меньшей мере осветлённой до более-менее прозрачного состояния. Поэтому аккумуляция некоторого количества чистой и условно чистой воды на комплексе очистки необходима. Как правило, для этих целей либо прокладывается ветка от централизованного водоснабжения, бурится скважина или используется привозная вода. Поскольку в любом случае это дополнительные затраты, то для технологических процессов разумно использовать очищенные стоки. В то же время стоит отметить, что использование их для хозяйственных нужд в здании персонала (санузлы, уборка) прямо запрещено из-за риска заражения патогенными микроорганизмами, и требуется отдельное снабжение водой питьевого качества.

При каких ситуациях применяется рецикл воды

1) Для разбавления чрезмерно загрязнённой исходной воды. В водоподготовке и водоотведении не всегда соблюдается линейная зависимость цены очистки от её загрязнённости. При росте концентрации загрязнителей в 2 раза стоимость обработки может вырасти и в 2 раза, и в 4, и в большее количество раз. Одним из простых способов снизить концентрацию является разбавление чистой водой. Вполне резонно поэтому взять часть уже очищенной воды и направить её в начало очищающей установки, перемешав с исходной грязной. Стоит отметить, что в данном случае рециркулируемая очищенная вода выступает своего рода инертной средой.

2) Вторичное загрязнение части очищенной воды. Например, в процессе обезвоживания осадка на очистных сооружениях сточных вод образуется некоторое количество довольно грязной воды. Её направляют в начало очистных сооружений, где она проходит повторную очистку на общих основаниях. Это пример вынужденного рецикла.

3) Для использования частично очищенной воды в качестве своеобразного сырья на предыдущих ступенях очистки. В частности, данная идея иногда реализуется на канализационных очистных сооружениях для обработки азотсодержащих соединений. В настоящее время разработано несколько разновидностей схемы, но в основе лежит один и тот же принцип. Разберём подробнее данный вид рецикла на основе модифицированного процесса Людзак-Эттингера (или MLE — Modified Ludzack-Ettinger process).

В биологических очистных сооружениях происходит окисление и разложение сложных соединений, в том числе азотсодержащих (белки, жиры, углеводы и прочие органические загрязнения), до простых – молекулярного азота, воды, углекислого газа, метана. Эти сложные органические загрязнители условно можно рассматривать как «топливную» составляющую.

Для их окисления требуется кислород. Но проблема заключается в том, что окисление проходит не напрямую, а с участием различных микроорганизмов. А, как известно из курса биологии, микроорганизмы бывают аэробные, которые функционируют при наличии кислорода, и анаэробные, которым свободный кислород вреден. Таким образом, появляется некоторое противоречие: с одной стороны, нам нужен кислород для окисления загрязнений, но с другой — нам не нужен кислород, поскольку для части микроорганизмов он опасен. Для разрешения этого противоречия и появилась вышеуказанная схема, представляющая собой разделение общей зоны обработки на несколько подзон — богатую и бедную кислородом. В данном случае ключевым элементом при переработке будет являться азот и его соединения.

В первоначальных стоках присутствуют различные органические загрязнения, обуславливающие ХПК и БПК сточных вод, а также соединения азота – преимущественно это азот аммонийный, но также есть незначительные количества нитратов, нитритов и азота в составе органических соединений (азота органического).

Расшифровка схемы:

• Basic Nitrogen Removal System (Ludzak-Ettinger process) — основной процесс удаления азота Людзака-Эттингера
• Influent — входящий/исходный сток
• Effluent — очищенный сток
• Anoxic (denitrification) — неаэрируемая зона/денитрификатор/бескислородная зона
• Aerobic — аэротенк/аэрируемая зона
• Sedimentation tank — отстойник
• RAS — returned/recycled active sludge — возвратный активный ил
• Modified L-E process has recycle Qr — в модифицированном процессе Людзака-Эттингера к возврату активного ила добавляется возврат/рецикл самих сточных вод Qr

Первым звеном схемы Людвига-Эттингера является бескислородная зона – денитрификатор (аноксидная зона). Здесь происходит процесс перевода азота органического в азот аммонийный, а также процесс частичного окисления органических загрязнений с помощью кислорода нитратов и нитритов. Откуда они здесь берутся и как это происходит – об этом чуть ниже.

Далее стоки попадают в следующую зону – аэротенк, где происходит насыщение кислородом. Здесь процесс более понятен – органические загрязнения окисляются до простых соединений. Азот аммонийный тоже окисляется до нитритов и далее до нитратов. Важно подчеркнуть, что после аэротенка падает содержание азота аммонийного, но растёт содержание более богатых кислородом нитратов. Нитриты, как промежуточное звено, при нормальной работе должны находиться на небольшом равновесном значении.

И следующим этапом как раз вступает в действие вышеупомянутый рецикл («нитратный рецикл»). Часть сточных вод с большим содержанием нитратов забирается с конца аэротенка и подаётся в зону денитрификации на предыдущий уровень, о котором мы говорили выше. Как уже указано, в денитрификатор внешний кислород не подаётся, и микроорганизмы вынуждены искать иные способы его получения для окисления органических загрязнений с целью получения энергии для жизнедеятельности. Таким сырьём для получения кислорода являются поданные с рециклом нитраты – NO3, ведь каждый ион содержит целых три атома кислорода! Поэтому микроорганизмы вынуждены переходить в режим расщепления нитратов на молекулярный азот N2 (являющийся для них отходом) и кислород, являющийся окислителем для имеющихся в стоке органических загрязнений. Таким образом происходит снижение нитратов (на которые, в свою очередь, был затрачен аммонийный азот), частичное окисление органических загрязнений. В результате применения такой схемы рецикла снижается и ХПК/БПК, и содержание азотсодержащих загрязнений. А частично очищенная вода является сырьём для предыдущих ступеней очистки.

Со времени разработки этой схемы появилось много её модификаций и изменений, зачастую довольно существенных. Принцип действия, тем не менее, остаётся тем же. Ниже приведён список некоторых наиболее часто применяемых модификаций, более подробное описание которых можно найти в специализированной литературе.

1. Биореакторы периодического действия (SBR — Sequencing Batch Reactor)
2. Мембранные биореакторы (MBR — membrane bioreactors)
3. Реактор на биоплёнке в плавающей загрузке, реактор «кипящего слоя» (MBBR — moving bed biofilm reactor)
4. Модифицированный процесс Людзак-Эттингера (MLE — Modified Ludzack-Ettinger process)
5. Ступенчатый процесс
6. Карусельный процесс
7. Процесс ААО или А2/О
8. Процесс Барденфо — Bardenpho
9. Процесс JHB (The Johannesburg Process)
10. Процесс ISAH (Institut für Siedlungs-wasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität, г. Ганновер)
11. Процесс UCT (University of Cape Town)
12. Процесс MUCT (модификация UCT)
13. DEPHANOX-процесс
14. OWASA-процесс (Orange Water and Sewerage Authority)
15. ANAMMOX-процесс
16. SHARON-процесс
17. CANON-процесс
18. OLAND-процесс

Давайте рассмотрим более подробно процесс UCT, поскольку он подходит не только для средне- и высококонцентрированных стоков, но и для стоков с низкой концентрацией, которые в большинстве случаев распространены в городах России.

Стоки поступают в анаэробную зону, туда же направляется рецикл иловой смеси из аноксидной зоны очистных сооружений. Когда в анаэробную зону попадает проденитрифицированная иловая смесь, обеспечивается практически полное отсутствие нитратов в анаэробной зоне. Таким образом, в анаэробной зоне созданы чисто анаэробные условия для результативного процесса биологического удаления фосфора. Возвратный ил, который содержит нитраты, направляется в аноксидную зону одновременно с нитратным рециклом.

Результатом применения данной схемы можно достичь следующих результатов:

Модификация UCT процесса MUCT была предложена G.R. Marais из Кейптаунского университета.

В этом процессе ввели дополнительную аноксидную зону 1, следующую за анаэробной зоной, куда направляется возвратный активный ил, включающий в себя нитраты. Далее, после процесса денитрификации, возвратный ил направляется в анаэробную зону, где перемешивается с поступающими стоками. В аноксидной зоне 2 протекает процесс денитрификации, в котором принимают участие нитраты, поступающие с нитратным рециклом из аэробной зоны. Данный процесс еще более эффективен в плане биологического удаления фосфора благодаря тому, что в аноксидной зоне 1 протекает денитрификация исключительно возвратного ила на субстрате сточной воды, поступающей после анаэробной зоны. Благодаря этому снижается практически до нуля концентрация нитратов в конце аноксидной зоны 1, и подается в анаэробную зону иловая смесь, не содержащая нитратов.

Нормы проектирования водоснабжения очистных сооружений (документы)

Обратиться к нам за подробной консультацией и заказать очистные сооружения вы можете по телефону 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40. Также воспользуйтесь отправкой письма на электронную почту acs@acs-nnov.ru или кнопкой заказа ниже.