bbk 000000

УДК 628.32.62-192.004.1

Богомолов М. В., Дудченко Т. О., Пахомов А. Н., Стрельцов С. А., Хамидов М. Г., Белов Н. А.

Повышение эксплуатационной надежности системы водоотведения Москвы

Аннотация

Надежная и эффективная работа системы водоотведения Москвы является одной из важнейших составляющих санитарного и экологического благополучия города. В условиях экономии воды и ежегодного сокращения объемов водопотребления и водоотведения приоритетными направлениями развития системы водоотведения являются повышение качества очистки воды и надежности работы сетей и сооружений. С этой целью МГУП «Мосводоканал» внедряет новые методы реновации канализационных сетей, широко используя современные компьютерные технологии и геоинформационные системы, проводит реконструкцию очистных сооружений. Данный комплекс мероприятий позволяет значительно снизить риск возникновения аварийных ситуаций.

Ключевые слова

очистные сооружения , система канализации , канализационная сеть , бестраншейный метод ремонта , напорный трубопровод , геоинформационная система , мини-ТЭС

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Московская канализация представляет собой сложную систему инженерных сооружений, надежная и эффективная работа которых является одной из важнейших составляющих санитарного и экологического благополучия города. По системе, состоящей из трубопроводов, каналов, коллекторов общей протяженностью более 8 тыс. км и 152 канализационных насосных станций, отводятся на очистку все городские сточные воды, образующиеся на территории Москвы, а также сточные воды от прилегающих городов Московской области.

Система коммунальной канализации Москвы является раздельной. В нее осуществляется прием только хозяйственно-бытовых, коммунальных и промышленных сточных вод. Поверхностные сточные воды отводятся по самостоятельной водосточной системе.

Последние 15 лет сохраняется устойчивая тенденция снижения притока сточных вод в московскую систему канализации на 4–5% в год (рис. 1). Так, в 2005 г. среднесуточный приток составлял 5,3 млн. м³/сут, в 2010 г. снизился до 4,2 млн. м³/сут. Сокращение притока сточных вод связано с уменьшением нормы водопотребления: в 2005 г. она составила 347 л/(сут·чел), в 2010 г. – снизилась до 215–220 л/(сут·чел). Этому способствовали установка внутриквартирных приборов учета воды, а также применение водосберегающих бытовых приборов и санитарно-технических устройств. По прогнозам специалистов, к 2020 г. водопотребление должно снизиться до 160 л/(сут·чел), т. е. до среднеевропейского уровня.

В условиях экономии воды и ежегодного сокращения объемов водопотребления и водоотведения приоритетными направлениями развития системы водоотведения являются повышение качества очистки воды и надежности работы сетей и сооружений. Практика показывает, что трубопроводные сети являются не только наиболее функционально значимым элементом системы канализации, но и наиболее уязвимым с точки зрения надежности. По-прежнему острой остается проблема износа канализационной сети. На сегодняшний день полностью самортизировано 68% общей протяженности сетей. Поэтому в последние годы особое внимание уделяется ее реконструкции и модернизации.

В условиях плотной городской застройки наиболее экономичным решением является применение бестраншейных методов ремонта и восстановления трубопроводов. На сегодняшний день в арсенале МГУП «Мосводоканал» имеются все современные методы, в их числе: нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, протяжка сплошных полимерных рукавов, протяжка полиэтиленовых труб в существующий трубопровод, прокладка труб из высокопрочного чугуна закрытым способом (рис. 2).

Осваивается новый метод ремонта трубопроводов большого диаметра «труба в трубе», позволяющий вернуть в эксплуатацию потерявшие работоспособность трубопроводы, обеспечить им стабильную пропускную способность на длительный срок (50 лет и более). Для вновь прокладываемых участков канализационных трубопроводов наиболее надежным и долговечным материалом является высокопрочный чугун с шаровидным графитом, который сочетает в себе коррозионную стойкость чугуна и механические свойства стали. Этот материал выдерживает ударные нагрузки при резком изменении давления в трубопроводе, является стойким к электрохимической коррозии. Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом рассчитаны на 80–100 лет эксплуатации.

В последние годы в практику эксплуатации широко внедряются современные компьютерные технологии.

Для сокращения времени обнаружения разрывов напорных трубопроводов насосных станций специалистами Производственно-эксплуатационного управления канализационной сети был автоматизирован контроль утечек сточной жидкости. Это позволяет инженеру местного диспетчерского пункта насосной станции или диспетчеру на центральном диспетчерском пункте, получившему информацию о возникновении аварийной ситуации, принимать оперативные меры по ее устранению (рис. 3).

Алгоритм метода определения разрывов напорных трубопроводов основан на одновременном контроле расхода на двух и более работающих трубопроводах и различных изменений расхода на поврежденном (увеличение расхода) и неповрежденном (уменьшение расхода) трубопроводах. Метод прошел экспериментальное подтверждение на работающих трубопроводах в составе автоматизированной системы контроля,  на которую МГУП «Мосводоканал» получен патент РФ. Система автоматизированного обнаружения разрыва напорных трубопроводов установлена на 14 насосных станциях с высоковольтным оборудованием. Минимальное значение расхода сточной жидкости для различных водоводов, необходимое для формирования аварийного сигнала «Возможен разрыв трубопровода» (получено многократно при испытаниях), составляет 200 м³/ч. На предприятии разработаны и функционируют электронные базы данных по паспортизации и эксплуатации трубопроводов, а также алгоритм и программное обеспечение оценки и прогноза показателей надежности трубопроводов. Это позволяет проводить обширные статистические исследования, определять факторы, формирующие изменение показателей надежности и риск отказов трубопроводов.

Особое внимание уделяется развитию геоинформационных систем, которые позволяют специалистам МГУП «Мосводоканал» оперативно получать в электронном виде информацию о пространственном расположении инженерных сооружений в любой точке города (рис. 4). Эти данные необходимы для принятия управленческих решений в случае возникновения аварийных ситуаций. Внедрение в Мосводоканале новых подходов к управлению распределительной сетью и автоматизированных информационно-технических систем позволяет оптимизировать функционирование сети, обеспечить контроль эксплуатации и надежности, обоснованно планировать восстановление и обновление трубопроводов.

Важным звеном в системе водоотведения города являются канализационные насосные станции. В Москве для перекачки сточных вод задействованы 152 насосные станции, в том числе 18 высоковольтных. Вопросы повышения надежности насосных станций в первую очередь связаны с энергоснабжением. В последние годы отмечается рост числа отключений внешних источников энергоснабжения. В Мосводоканале принята программа повышения надежности канализационных насосных станций. Основные мероприятия программы:

• установка резервных источников питания (дизель-генераторов);
• установка устройств быстродействующего автоматического ввода резерва (система обеспечивает непрерывное снабжение потребителей электроэнергией посредством автоматического переключения на резервный фидер);
• замена вертикальных насосов марки СДВ погружными насосами в варианте «сухой» установки с целью обеспечения возможности работы канализационных насосных станций в условиях полного или частичного затопления;
• установка современной запорно-регулирующей арматуры, позволяющей предотвратить гидроудары.

К настоящему времени модернизировано более 70% канализационных насосных станций (рис. 5), работа в этом направлении продолжается.

При эксплуатации канализационных очистных сооружений наиболее чувствительными к различным дестабилизирующим факторам являются сооружения биологической очистки. Основные причины, приводящие к нарушению биохимических процессов при эксплуатации канализационных очистных сооружений: перебои в энергоснабжении; поступление токсичных веществ, ингибирующих процесс биологической очистки.

Особенно остро вопрос обеспечения надежности эксплуатации таких сооружений встает при переводе аэротенков на технологии глубокого удаления азота и фосфора. Ключевым параметром в организации процессов удаления биогенных элементов является возраст активного ила. При снижении его ниже минимального значения утрачивается способность ила к нитрификации, при увеличении возраста ила выше максимального снижается эффективность процесса биологического удаления фосфора. Опыт эксплуатации сооружений в различных условиях позволяет оценить воздействие вышеперечисленных факторов и рекомендовать меры, обеспечивающие надежность работы очистных сооружений.

При ликвидации энергетической аварии в Москве 25 мая 2005 г. был получен соответствующий опыт. В результате отключения электроэнергии работа аэротенков Курьяновской станции аэрации была остановлена, и активный ил, успевший сорбировать на себя основную часть органических веществ, стал оседать на дно сооружений. При этом в аэротенке находилась чистая или практически чистая сточная вода, которая начинала постепенно вытесняться поступающим стоком. После шестичасового перерыва в работе аэротенков загрязненность отводимых сточных вод за сутки не превысила установленных нормативов. Таким образом, стало очевидным, что при перерыве в электроснабжении канализационных очистных сооружений менее 5–7 ч целесообразно, с экологической точки зрения, продолжение приема сточных вод в аэротенки. Радикальным решением повышения надежности очистных сооружений при энергоотключениях является создание на них автономного источника энергоснабжения на биогазе, получаемом при сбраживании осадков сточных вод. В Москве было принято решение о создании такого источника на Курьяновских и Люберецких очистных сооружениях.

В январе 2009 г. на Курьяновских очистных сооружениях была пущена в эксплуатацию мини-ТЭС электрической мощностью 10 МВт (рис. 6). Мини-ТЭС обеспечивает электроэнергией 50% основных технологических потребителей на станции и работает параллельно с сетью ОАО «МОЭСК». За период эксплуатации мини-ТЭС уже было несколько случаев отключения внешнего источника энергоснабжения, при этом работа основного технологического оборудования не прекращалась. В 2011 г. планируется завершить строительство аналогичной мини-ТЭС мощностью 10 МВт на Люберецких очистных сооружениях.

Другим важным способом повышения надежности очистных сооружений (особенно в условиях экономии энергоресурсов) является применение систем автоматического регулирования технологического процесса. В 2006 г. на Люберецких очистных сооружениях был введен в эксплуатацию новый блок производительностью 500 тыс. м³/сут с удалением биогенных элементов (рис. 7). Блок оснащен современным оборудованием, в основном западно-европейского производства, и полностью автоматизирован. Опыт эксплуатации показал, что наличие современной АСУ ТП позволяет стабильно обеспечивать высокое качество очистки воды на уровне современных европейских нормативов.

При сравнении удельных затрат электроэнергии анализ работы блоков, на которых реализованы различные технологические подходы к биологической очистке сточных вод, показал следующее.

1. Применение технологии нитри-денитрификации способствует снижению потребления электроэнергии на аэрацию за счет использования кислорода нитритов и нитратов. Реализация данной технологии позволяет до 25–30% снизить требуемое количество воздуха по сравнению с традиционной технологией глубокого окисления аммонийного азота.
2. Использование автоматической системы управления подачей воздуха позволило исключить перерасход электроэнергии в часы минимального притока сточных вод. На новом блоке Люберецких очистных сооружений, где реализована технология нитри-денитрификации, а также автоматизирован процесс подачи воздуха в аэротенки, удельные затраты электроэнергии (в среднем около 90 кВт·ч/1000 м³) в 1,5–1,6 раз ниже, чем на старых сооружениях биологической очистки.
3. Применение современных технологий и материалов на блоке удаления биогенных элементов обеспечило высокое качество очищенных сточных вод, значительно выше проектного значения. В связи с грядущим увеличением платы за сброс загрязняющих веществ в водные объекты это весьма актуально.

МГУП «Мосводоканал» реализует комплекс мероприятий, направленных на повышение надежности и экологической безопасности системы водоотведения. Это позволило значительно снизить риск возникновения аварийных ситуаций, в том числе по не зависящим от предприятия причинам. В результате обеспечена устойчивая работа системы канализации Москвы в условиях морозной зимы и аномально жаркого лета 2010 г.