Задача по реконструкции существующих канализационных очистных сооружений для выполнения современных требований достижения качества очищенных сточных вод до нормативов сброса в водоемы рыбо-хозяйственного назначения поставлена уже достаточно давно (и с очень разнесенным по времени вводом повышающих коэффициентов экологических платежей), но до сих пор реализована на незначительной части очистных сооружений в РФ.

Подавляющее большинство действующих канализационных очистных сооружений запроектированы и построены в те времена, когда требования предъявлялись к достижению показателей биологической очистки сточных вод только по органическим загрязнениям и взвешенным веществам.  Блоки биологической очистки этих КОС были рассчитаны под проектные расходы и качество поступающих сточных вод, а размеры (объемы) построенных аэротенков и вторичных отстойников соответствовали тому, чтобы реализовывать проектные биохимические процессы (только окисление органических загрязнений) для достижения нужного (на то время) качества очистки. Воздуходувное оборудование и аэрационные системы также закладывались для обеспечения проектных биохимических процессов, то есть, только для процессов аэробного окисления органических соединений. С тех пор принципиально изменились состав сточных вод и требования к показателям очищенной воды (в первую очередь – по биогенным элементам), а блоки биологической очистки существующих очистных сооружений остались прежними.

Для гарантированного достижения современных требований к показателям качества очищенной воды (в том числе – по биогенным элементам), необходима реконструкция существующих КОС с принципиальным изменением технологической схемы биологической очистки, реализация которой обеспечит прохождение в аэротенках следующих биохимических процессов:

·         окисление органических соединений (до достижения требуемого значения БПКполн),

·         нитрификация (до достижения требуемого значения по азоту аммонийному и азоту нитритов),

·         денитрификация (до достижения требуемого значения по азоту нитратов),

·         биологическое или биолого-химическое удаление фосфора (до достижения требуемого значения по фосфору фосфатов).

Рис.1. Соотношения расчетных объемов аэротенков при реализации различных технологий биологической очистки сточных вод, к проектному объему существующих аэротенков при проектном расходе поступающих сточных вод.

Проанализируем, проделав необходимые расчеты, какие проблемы возникают при реализации и какими способами их возможно преодолеть.

Примем проектный объем аэротенков (рассчитанных для проектного расхода поступающих сточных вод), в которых реализованы только процессы окисления органических загрязнений, за «1» (гистограмма 1). Подчеркнем, что расходные характеристики (проектные), качественные показатели поступающей на биологическую очистку сточной воды, температура и рабочая доза ила в аэротенках были приняты одинаковыми для всех приведенных результатов расчетов.

Рассмотрим увеличение необходимых размеров аэротенков для разных вариантов применяемых технологий очистки в отношении к проектному объему аэротенков (рис. 1). Для соответствия современным требованиям к очистке необходима реализация технологий нитри-денитрификации и технологий удаления фосфора. Это увеличивает расчетный объем аэротенков при реализации технологии биологического удаления фосфора в 2,2 раза (гистограмма 2). При реализации технологии химического (реагентного) удаления фосфора с подачей реагента перед первичными отстойниками или после вторичных отстойников (перед сооружениями доочистки), требуемые объемы аэротенков должны быть в 2,1 раза больше существующих (гистограмма 3). При реализации технологии химического (реагентного) удаления фосфора с подачей реагента в поток возвратного активного ила (ВАИ) или непосредственно в аэротенк, проектные объемы аэротенков нужно будет увеличить в 2,8 раза (гистограмма 4). Отметим, что выбор точки ввода реагента принципиально влияет на величину расхода реагента, и потребление реагентов на химическое удаление фосфора при их вводе перед первичными отстойниками или перед фильтрами доочистки, практически в 2 раза больше, чем при вводе реагентов в аэротенки или в поток возвратного активного ила. Во всех случаях на выходе из аэротенков показатели по соединениям азота и фосфора соответствуют требованиям ПДК для водоемов рыбо-хозяйственного назначения.

Расчеты показывают, что при выборе способа химического (реагентного) удаления фосфора для рассматриваемой задачи финансово неприемлемы эксплуатационные затраты (стоимость требуемого расчетного количества реагента при упомянутых выше вариантах выбора точки ввода реагента), которые значительно превышают суммы экологического платежа по параметру фосфор фосфатов. Поэтому далее мы будем рассматривать только биологическое («бесплатное») удаление фосфора.

В идеале, чтобы исключить значительные затраты на капитальное строительство, в ходе реконструкции необходимо остаться в объемах существующих аэротенков. Это возможно только при увеличении окислительной мощности аэротенков. Результаты расчетов демонстрируют возможность в объеме существующих аэротенков (нарастив рабочую дозу активного ила до необходимой расчетной величины) реализовать необходимые биохимические процессы для достижения нормативов по биогенным элементам. И для этого необходимо:

·         правильно «зонировать» существующие аэротенки, т.е. организовать анаэробные,

            аноксидные и аэробные зоны расчетных объемов,

·         реализовать необходимые технологические рециклы расчетных расходов,

·         реконструировать аэрационную систему (с применением управляемых воздуходувных установок для значительной экономии энергозатрат на аэрацию) для поддержания расчетной концентрации растворенного кислорода в аэробных зонах аэротенков.

После проведения этих мероприятий по реконструкции (еще раз подчеркнем – в объемах существующих аэротенков), показатели очищенной воды по биогенным элементам (азотная группа – азот аммонийный, азот нитратов, азот нитритов; и фосфор фосфатов) будут соответствовать современным ПДК на сброс в водоемы рыбо-хозяйственного назначения, но «платой» за увеличение рабочей дозы ила в аэротенках является  увеличение нагрузки на существующие вторичные отстойники, которые ответственны за показатели по БПКполн и взвешенным веществам (ВВ). Соответственно, по показателям БПКполн и ВВ рассматриваемые качественные параметры очищенной воды будут существенно превышать ПДК.

Тем не менее, решая поставленную задачу пока только технологическими методами и с минимальными капитальными затратами, удается локализовать ее до вопроса эффективного илоразделения, за что пока ответственны только существующие вторичные отстойники. Строительство дополнительного количества вторичных отстойников технологически, экономически и эксплуатационно не оправдано. Экономически целесообразно использовать существующие вторичные отстойники для гравитационного илоразделения (1-я стадия) и сооружения фильтрационной доочистки (2-я стадия) для достижения требуемых значений по взвешенным веществам и БПК.

Комбинирование гравитационного илоразделения (в существующих вторичных отстойниках) и фильтрационного илоразделения (в сооружении доочистки) позволит разделить задачу достижения требуемых показателей по БПКполн и ВВ на две составляющие:

1. При увеличении рабочей дозы ила в существующих аэротенках существующие вторичные отстойники реализуют гравитационный процесс отделения основной части активного ила, не ориентируясь на полное завершение процесса осаждения микрохлопков, а допуская вынос взвешенных веществ в пределах 20-40 мг/л (расчетное значение в зависимости от того, до какой величины увеличена рабочая доза активного ила в аэротенках – чтобы реализовать необходимые биохимические процессы в объемах существующих аэротенков);

2. Для дальнейшего отделения взвешенных веществ (микрохлопков активного ила) до требуемых значений ПДК используется фильтрационный метод, который реализуется с помощью оборудования микрофильтрации, расчетная спецификация (и стоимость) которого для каждой конкретной задачи предоставляется производителем такого оборудования.  

В итоге, реализовав в существующих КОС все вышеперечисленные технологические мероприятия, остается только рассмотреть ТКП от производителей фильтрационного оборудования доочистки, сопоставить его стоимость с величиной дополнительного экологического платежа по параметрам БПКполн и ВВ, оценить сроки окупаемости, и принять решение об экономической целесообразности капитальных затрат на реализацию фильтрационного илоразделения.