Ввод в эксплуатацию крупномасштабных сооружений биологической очистки сточных вод после реконструкции

к.т.н. Козлов М.Н.¹, Богомолов М.В.², к.б.н. Кевбрина М.В.³,к.т.н. С.А.Стрельцов⁴, Н.А.Белов⁵, к.б.н. Колбасов Г.А.⁶

1. Козлов Михаил Николаевич, АО «Мосводоканал», начальник управления новой техники и технологий, 115487, г. Москва, пр-т Андропова, д. 38, корп. 4. Тел. 8 (499) 263-93-64, E-mail: kozlov@mosvodokanal.ru.

2. Богомолов Михаил Валерьевич, АО «Мосводоканал», заместитель генерального директора - начальник Управления канализации, 105005, г. Москва, Плетешковский пер., д. 4, тел. 8 (499) 261-02-02 , 8 (499) 263-91-52, E-mail: bogomolov@mosvodokanal.ru

3. Кевбрина Марина Владимировна, АО «Мосводоканал», начальник отдела очистки сточных вод Инженерно-технологического центра управления новой техники и технологий, 115487, г. Москва, пр-т Андропова, д. 38, корп. 4. Тел. 8 (499) 263-93-50, E-mail: kozlov@mosvodokanal.ru.

4. Стрельцов Сергей Александрович, АО «Мосводоканал», главный инженер Управления канализации, 105005, г. Москва, Плетешковский пер., д. 4, тел. 8 (499) 261-02-02, E-mail: strelcov_as@mosvodokanal.ru

5. Белов Николай Анатольевич, АО «Мосводоканал», начальник отдела - главный технолог, 105005, г. Москва, Плетешковский пер., д. 4, тел. 8 (499) 263-93-94, E-mail: upr_kan2@mosvodokanal.ru

6. Колбасов Геннадий Александрович, АО «Мосводоканал», главный специалист отдела водоподготовки Инженерно-технологического центра управления новой техники и технологий, 115487, г. Москва, пр-т Андропова, д. 38, корп. 4. Тел. 8 (499) 261-01-27, E-mail: kolbasov_ga@mosvodokanal.ru

Краткое содержание

В работе даны временные интервалы, необходимые для ввода сооружений в эксплуатацию. Описан перевод работы аэротенков с традиционной технологической схемы окисления органических загрязнителей на схему нитрификации-денитрификации. Даны рекомендации по эксплуатации сооружений.

Ключевые слова

Реконструкция, биологическая очистка, удаление азота.

ВВЕДЕНИЕ

Аэротенки Ново-Курьяновских очистных сооружений (НКОС) г. Москвы были построены в начале 70-х годов прошлого века и представляют собой 4-х коридорные аэротенки-вытеснители. Каждый из двух блоков (НКОС-1 и НКОС-2) включает восемь однотипных емкостей, два из которых использовались как регенераторы, шесть – как собственно аэротенки. Производительность каждого блока составляла 1000 тыс. м³/сут. Технологическая схема позволяла проводить окисление органических загрязнителей и аммонийного азота (до нитратов).

Выбор максимально устойчивой и эффективной технологической схемы удаления биогенных элементов для реконструкции проводился на основе результатов исследований специалистов Мосводоканала, полученных в 2002-2004 гг. на экспериментальных линиях Люберецких очистных сооружений. Три аэротенка производительностью по 80 тыс. м3/сутки (типовые 4-х коридорные аэротенки с длиной коридоров 120 м и шириной 12 м) были реконструированы под удаление биогенных элементов. Благодаря предусмотренным при реконструкции переключениям на экспериментальных линиях был исследован ряд технологических схем отличающихся гидравлическими режимами.

Испытания показали, что конфигурация биореактора-вытеснителя с насосными рециклами (аэротенк №14) является более стабильной по сравнению с использованием «карусельной» конфигурации реактора с частичным смешением [1]. В исследованиях была определена оптимальная для четырехкоридорных аэротенков Москвы схема организации рециклов UCT -процесса [2].

Это решение по биологическому удалению соединений азота и фосфора с использованием классического UCT -процесса, организованного в биореакторах-вытеснителях, заложено в проект реконструкции нового блока КОС (Рисунки 1, 2).

На основании Постановления правительства г. Москвы №176 от 14 марта 2006 г., Протокола совещания в Управлении канализации МГУП «Мосводоканал» от 28 апреля 2010 г. в ОАО «МосводоканалНИИпроект» был разработан проект «Реконструкция аэротенков НКОС». Проект предусматривал отказ от регенераторов и перевод их в режим аэротенков; выделение в аэротенках анаэробной, аноксидной и аэробной зон; изменение подачи возвратного активного ила в аэротенки. Окончательной целью было внедрение технологического процесса биологического удаления азота и фосфора. Производительность каждого блока НКОС сокращалась до 600 тыс. м³/сут.

В ноябре 2014 г. были закончены работы по реконструкции аэротенков НКОС-1. В январе 2015 г. была полностью перераспределена нагрузка с НКОС-2 на НКОС-1, сооружения НКОС-2 были выведены на реконструкцию.

В период реконструкции НКОС-2 гидравлическая нагрузка на НКОС-1 будет составлять 800-1000 тыс. м³/сут. В связи с этим реализация технологии совместного удаления азота и фосфора в аэротенках НКОС-1 не представляется возможной (ранее предполагалось, что на период реконструкции НКОС-2 будет использоваться окислительная схема очистки). Тем не менее, технологические расчеты показали, что в данных условиях может быть реализована технология нитрификации/денитрификации с выделением двух зон – аноксидной и аэробной. В марте 2015 г. были проведены работы по переводу аэротенков НКОС-1 на технологическую схему нитрификации/денитрификации с гидравлической нагрузкой 800 тыс. м³/сут.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Сооружения биологической очистки НКОС-1 после реконструкции объединяют восемь аэротенков-вытеснителей и восемь вторичных отстойников. Из сооружений механической очистки НКОС-1 реконструкции подверглись шесть первичных отстойников. Решетки (6 шт.) и песколовки (6 шт.) НКОС-1 не реконструировались. Сооружения вводились в эксплуатацию в период с 13 ноября 2014 г. по 14 января 2015 г. Переброска активного ила осуществлялась с сооружений биологической очистки НКОС-2. Ниже приведена последовательность ввода сооружений НКОС-1 в работу (рисунок 3).

За период ввода сооружений НКОС-1 в эксплуатацию гидравлическая нагрузка ежедневно увеличивалась в среднем на 12,5 тыс. м³/сут. Итоговая гидравлическая нагрузка на НКОС-1 составила 800 тыс. м³/сут.

В период с 15 января 2015 г. по 15 марта 2015 г. аэротенки НКОС-1 работали по традиционной окислительной схеме – данная схема очистки позволяет удалять органические загрязнители и проводить окисление аммонийного азота. Средний расход сточной воды на НКОС-1 в течение этого времени составлял 783,9 тыс. м³/сут. Время пребывания воды в аэротенках НКОС-1 составляло 7,6 ч. Доза ила в аэротенках поддерживалась на уровне 2,5 г/л. Концентрация растворенного кислорода оставляла 2,1 мг/л. Среднее качество осветленной и очищенной сточной воды за период наблюдений представлено в таблице 1.

Таблица 1. Качество осветленной и очищенной сточной воды НКОС-1 при работе аэротенков по окислительной схеме очистки

Концентрация БПК₅ снижалась с 103,0 до 8,0 мг/л, ХПК – с 363 до 66 мг/л, общий азот – с 46,0 до 26,4 мг/л. Концентрация взвешенных веществ в очищенной воде составляла 12,7 мг/л.

Концентрация N-NH₄⁺ в очищенной воде НКОС-1 в среднем составляла 6,7 мг/л, N-NO₂^-– 1,8 мг/л, N-NO₃^-– 17,9 мг/л.

В течение рассматриваемого периода работы НКОС-1 в эксплуатации использовались нерегулируемые воздуходувки (нагнетатели типа 750-23-6). В зависимости от условий эксплуатации в работе находились три или четыре нагнетателя. Это существенным образом отражалось на соотношении форм азота в очищенной воде (рисунок 4).

При работе четырех воздуходувок концентрация N-NH₄⁺ в очищенной воде составляла 3,3 мг/л, N-NO₂^-– 1,6 мг/л, N-NO₃^-– 22,5 мг/л. Те же данные при работе трех воздуходувок: N-NH₄⁺– 11,5 мг/л, N-NO₂^-– 2,1 мг/л, N-NO₃^-– 11,4 мг/л.

Также было отмечено, что при работе четырех воздуходувок во вторичных отстойниках происходит флотация активного ила на поверхность воды, повышая концентрацию взвешенных веществ в очищенной воде до 20 мг/л и более. Для борьбы с этим явлением было принято решение в конце четвертого коридора аэротенков поддерживать концентрацию кислорода не более 0,5 мг/л. Такое решение основывалось на предположении о насыщении частиц активного ила воздухом, что способствовало всплытию ила в отстойниках.

В целом, технологическая схема показала довольно предсказуемый результат работы. Использование данной схемы позволило поддерживать качество очищенной воды в пределах установленного лимита сброса. В дальнейшем, в марте 2015 г., было принято решение перевести аэротенки НКОС-1 на схему удаления азота. Обоснованием перевода аэротенков НКОС-1 на схему нитрификации/денитрификации являлись технологические расчеты, показывающие принципиальную возможность осуществления данной технологии на НКОС-1. Расчеты были выполнены в соответствии с рекомендациями, приведенными в [3], [4]. Для технологических расчетов использованы показатели качества осветленной сточной воды НКОС-2 за 2014 г.

Первоначально принимались следующие условия работы аэротенков:

1. Устанавливается расход осветленной сточной воды 100 тыс. м³/сут. для каждого аэротенка.

2. Доза ила в аэротенках поддерживается на уровне 3,5 г/л.

3. Рецикл возвратного активного ила в аэротенки принимается равным расходу осветленной сточной воды – 100 тыс. м³/сут. Рецикл иловой смеси принимается равным 50 тыс. м³/сут.

4. Для аноксидной зоны отводится первый коридор аэротенка полностью и половина второго коридора.

5. Возвратный активный ил и рециркулирующая иловая смесь подаются в начало первого коридора.

Перевод аэротенков НКОС-1 на новую технологическую схему начался 06 марта 2015 г. Полностью на схему нитрификации/денитрификации аэротенки НКОС-1 были переведены 16 марта 2015 г.

В процессе перевода и последующей эксплуатации аэротенков НКОС-1 по новой схеме был изменен ряд технологических параметров. Доза ила в аэротенках варьировала в рамках 2,9-3,4 г/л. Расход возвратного активного ила поддерживался на уровне 50 тыс. м³/сут. для каждого аэротенка (такой расход является максимальным для существующих рециркулирующих насосов), в связи с чем расход рециркулирующей иловой смеси был увеличен до 150 тыс. м³/сут.

В течение пуско-наладочных работ были проведены мероприятия по оптимизации количества кислорода воздуха в коридорах аэротенков НКОС-1. Целью было распределить подачу воздуха таким образом, чтобы основная его часть подавалось во второй и третий коридоры. Результаты работы представлены в таблице 2. Необходимо отметить, что в течение рассматриваемого периода в работе находились три воздуходувки.

Таблица 2. Распределение кислорода воздуха по коридорам аэротенков НКОС-1. В работе находились три воздуходувки.

В таблице 3 приведены усредненные результаты работа НКОС-1 за период с 16 марта 2015 г. по 06 апреля 2015 г.

Таблица 3. Качество осветленной и очищенной сточной воды НКОС-1 при работе аэротенков по технологии нитрификации/денитрификации

В целом, качество очищенной воды по БПК₅ и ХПК соответствовало результатам, получаемым при использовании традиционной окислительной технологической схемы. В свою очередь, концентрация минерального азота в очищенной воде снизилась с 26,4 до 12,6 мг/л. Усредненное соотношение форм азота в очищенной воде представлено в таблице 4.

На стабильный режим работы по аммонийному и нитратному азоту технологическая схема нитрификации/денитрификации выходила в течение пяти дней. После 16 суток работы заметно снизилась концентрация нитритного азота (с 1,7 мг/л до 0,3 мг/л), что свидетельствует об оптимизации возраста активного ила.

Таблица 4. Концентрации форм азота в осветленной и очищенной сточной воде НКОС-1 при работе аэротенков по технологии нитрификации/денитрификации

14 марта 2015 г. была дополнительно запущена еще одна воздуходувка с целью оценить глубину нитрификации. Кислородный профиль в часы максимального притока сточных вод представлен в таблице 5.

Таблица 5. Распределение кислорода воздуха по коридорам аэротенков НКОС-1. В работе находились три воздуходувки.

Несмотря на прогнозируемое увеличение нитрификации аммонийного азота, в течение двух суток работы четырех воздуходувок существенных изменений выявить не удалось (таблица 6).

Таблица 6. Концентрации форм азота очищенной сточной воде НКОС-1 при работе аэротенков по технологии нитрификации/денитрификации с четырьмя работающими воздуходувками

Дальнейшее изучение эксплуатации аэротенков при четырех работающих воздуходувок не удалось осуществить из-за резкого увеличения выноса активного ила во вторичных отстойниках.

В целом, был констатирован успешным результат перевода аэротенков НКОС-1 на технологическую схему биологического удаления азота с выделением в аэротенках аноксидной и аэробной зон. Дальнейшая эксплуатация аэротенков в период снижения концентрации общего азота в сточной воде до значений 35-40 мг/л позволила достигнуть нормативных показателей по формам азота, соответствующих водоемам рыболовно-хозяйственного назначения. Общий вид реконструированного блока представлен на рис.3.

Необходимо отметить, что перевод на технологию нитри-денитрификации является временной мерой на период реконструкции второго блока НКОС-2 из-за создавшейся высокой гидравлической нагрузки. В этих условиях перевод первого блока НКОС-1 на технологию нитри-денитрификации вместо запланированной ранее технологии полного окисления позволил значительно улучшить качество очистки по соединениям азота. После реконструкции блока НКОС-2 нагрузка на оба реконструированных блока (НКОС-1 и НКОС-2) будет соответствовать проектной, и сооружения будут переведены на технологию удаления биогенных элементов в соответствии с проектом реконструкции.

ВЫВОДЫ

1. Работы по вводу сооружений биологической очистки сточной воды производительностью 800 тыс. м³/сут. были выполнены полностью в течение двухмесячного срока.

2. После выхода работы сооружений НКОС-1 на производительность 800 тыс. м³/сут. были исследованы две технологические схемы работы аэротенков – традиционная окислительная схема очистки и схема нитрификации/денитрификации.

3. По результатам исследований был сделан вывод о целесообразности работы в период реконструкции технологической схемы нитри-денитрификации. По сравнению традиционной окислительной схемой денитрификация позволяет обеспечить большую эффективность удаления азота (по сумме трех неорганических форм).

4. После окончания реконструкции сооружений НКОС-2 оба блока сооружений (НКОС-1 и НКОС-2) будут полностью переведены на технологию биологического удаления биогенных элементов (NPR-технология), разработанную специалистами АО «Мосводоканал» и прошедшую испытания в 2002-2004 годах на аэротенке №14 Люберецких очистных сооружений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Данилович Д.А., Козлов М.Н., Мойжес О.В., Шотина К.В., Ершов Б.А. "Результаты работы крупномасштабных сооружений биологический очистки от соединений азота и фосфора" // Канализация Москвы: десять лет в новом веке. – М.: ООО «Современная полиграфия», 2008. – 392 с.

2. Козлов М.Н., Мойжес О.В. Патент на полезную модель RU 101704 U1 "Установка для биологической очистки сточных вод", 2010 г.

3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения, 1985.

4. Standard ATV-DVWK-A131 E. Dimension of Single-Stage Activated Sludge Plants, 2000.