bbk 000000

УДК 628.35:661.5

Есин М. А., Смирнов Александр Владимирович

Современные методики расчета сооружений биологической очистки

Аннотация

Приведены данные аналитических обзоров и практические результаты при расчете и проектировании современных очистных сооружений канализации. Проведен анализ методик расчета сооружений биологической очистки сточных вод (СНиП, ATV) и программ математического моделирования работы сооружений («ЭкоСим», GPS-X и др.), а также программ гидродинамической механики сплошных сред применительно для вычислений характеристик потоков в сооружениях. Математическая модель процессов биологической очистки сточных вод основана на анализе уравнений ферментативной кинетики трансформации загрязнений сточных вод и связывает между собой характеристики исходной и очищенной воды, концентрацию растворенного кислорода и активного ила. На базе модели разработаны основы проектирования и расчета сооружений биологической очистки городских и производственных сточных вод, в том числе с использованием процессов нитри-денитрификации и биологического удаления фосфора. Рассказано о практическом опыте использования указанных методов при проведении предпроектных и проектных работ.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитри-денитрификация , математическое моделирование , энергоэффективность оборудования , состав сточных вод , биологическое удаление фосфора

bbk 000000

УДК 628.3

Смирнов Александр Владимирович

Современный инжиниринг и опыт реализации НДТ

Аннотация

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов» (ИТС 10-2015) дает лишь общее представление о перечне технологий, которые необходимо использовать для достижения высокой эффективности очистки сточных вод. Конкретный выбор технологии и его обоснование осуществляется на основе опыта эксплуатации и комплексного инжиниринга проекта. Приводятся практические примеры применения технологий «MY Technologies», которые являются готовыми техническими решениями для механической очистки сточных вод («MY MET») и биологической очистки («MY BIO») на очистных сооружениях городов Сочи, Вологды, Коломны.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , механическая очистка , наилучшие доступные технологии , грубая очистка , тонкая очистка , «MY Technologies» , «MY MET» , «MY BIO»

bbk 000000

УДК 628.345.1

Залётова Н. А.

Соединения фосфора в городских сточных водах

Аннотация

Приведен анализ результатов определения содержания соединений фосфора в сточных водах на канализационных очистных сооружениях. Для удаления соединений фосфора применяются различные методы обработки городских сточных вод. Эффективность изъятия тех или иных форм фосфора зависит от используемой технологии. Соотношения отдельных форм фосфора в сточных водах значительно отличаются как в поступающей на очистку, так и в очищенной воде, следовательно, различается их влияние на водный объект даже при сбросе сточных вод с достигнутой предельно допустимой концентрацией по фосфатам. Введение реагента в сточную воду позволяет быстро и надежно обес­печить удаление фосфатов. Эффективное снижение содержания общего фосфора и фосфатов происходит только при сочетании биологической и химической обработки сточных вод либо при применении модифицированной биологи­ческой очистки с чередованием аэробных и анаэробных условий пребывания активного ила.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , химическая очистка , фосфаты , общий фосфор , биолого-химическая очистка

УДК 628.35
DOI 10.35776/VST.2025.08.02

Колбасов Г. А., Королев М. А., Рафф П. А., Усманов Р. Р.

Сравнение биореакторов с активным илом и с подвижной загрузкой
Часть 1. Кинетический подход к оценке эффективности (в порядке обсуждения)

Аннотация

Целью настоящей работы является анализ условий, при которых биореакторы с подвижной загрузкой действительно превосходят традиционные системы с активным илом по производительности. Объектом исследования являются кинетические и диффузионные процессы, определяющие скорость потребления субстрата в обоих типах реакторов. В исследовании использованы модели Моно, дополненные аналитическими уравнениями, описывающими потребление субстрата в биопленке с учетом диффузионных ограничений. Рассматриваются режимы, при которых кинетика потребления субстрата в биопленке переходит от нулевого порядка к порядку 0,5 и первому порядку в зависимости от концентрации субстрата, толщины биопленки и коэффициента диффузии. Предложено аналитическое выражение для определения предельной концентрации субстрата, при достижении которой окислительная мощность биореактора с подвижной загрузкой превышает аналогичный показатель биореактора с активным илом. Приведены численные примеры и инженерные формулы для практического применения. Полученные результаты позволяют оценить реальный потенциал биореакторов с подвижной загрузкой и выделить те случаи, когда их применение действительно оправдано с точки зрения кинетики и диффузии, а не воспринимается как универсальное решение.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , активный ил , биопленка , подвижная загрузка , кинетика Моно , диффузионные ограничения , критерий проницаемости , предельная концентрация

DOI 10.35776/VST.2021.07.03
УДК 628.35

Харькина О. В., Искалиева К. Р., Малич Е. В.

Сравнение расчета аэротенков по моделям ASM2d и ATV

Аннотация

Проведено сравнение результатов расчета аэротенков по модели ATV (Standard ATV-DVWK-A131 E «Dimension of Single-Stage Activated Sludge Plants 2000»), которая является стохастической «табличной» моделью, и по модели ASM2d, которая относится к теоретическим и описывает, в отличие от ATV, процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. Расчеты выполнены для одних и тех же входных данных. Результаты расчетов показали существенную ограниченность использования модели ATV. Данная модель, как изначально указано авторами в ее описании, рассчитывает аэротенки только на единственное значение качества очищенной воды по аммонийному азоту 1 мг/л и не рассчитывает аэротенки на нитриты. Более того, сравнение ATV с ASM2d показало, что и достижение указанного качества очищенной воды по аммонийному азоту 1 мг/л возможно только при конкретных значениях кинетических констант, которые были определены авторами в данной статье, а изменение хотя бы одного из кинетических параметров сточных вод приводит к увеличению необходимого значения аэробного возраста активного ила и, как следствие, расчетного объема аэробной зоны на десятки процентов. Это доказывает риск недостижения требуемого качества очищенной воды при использовании модели ATV даже на концентрацию аммонийного азота 1 мг/л. С учетом того, что методика ATV не рассчитывает аэротенки на качество очищенных вод по нитритам, результаты проведенного нами расчета показывают, что предлагаемые в ATV значения аэробного возраста активного ила 4,05 суток для температуры 17 ºС позволят достичь качество очищенной воды по азоту нит­ритов 0,35–0,52 мг/л N–NO2, что и доказывает невозможность использования ATV, если даны требования к качеству очищенной воды по нитритам. Авторами на основании проведенных расчетов сделаны выводы о рисках недостижения качества очищенной воды по аммонийному азоту, как и 1 мг/л при использовании ATV, из-за того, что ATV является стохастической моделью, то есть все представленные в данной методике зависимости были определены для конкретных условий проведения работ. Более того, как и указано в описании ATV, данная методика применима, даже в ограниченных условиях, строго для городских сточных вод. Проведенные расчеты показали, что при наличии требований к качеству очищенной воды по нитритам, вне зависимости от значений требуемых концентраций нитритов, методика ATV не подходит вообще, при этом ASM2d с учетом того, что она основывается на формулах ферментативной кинетики, позволяет рассчитывать аэротенки на любое требуемое качество очищенной воды как по аммонийному азоту, так и по азоту нитритов и применима для любого типа сточных вод.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , активный ил , кинетические константы , производственные и городские сточные воды , сравнительный расчет сооружений биологической очистки , методики технологического расчета ATV и ASM2d , аэробный возраст активного ила , теоретические и стохастические модели

DOI 10.35776/VST.2022.05.03
УДК 628.35

Харькина О. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по методу Даниловича–Эпова и модели ASM2d (часть 1)

Аннотация

Проведен анализ предложенной Д. А. Даниловичем и А. Н. Эповым методики расчета аэротенков, реализующих технологии удаления азота и фосфора. Дано сравнение результатов расчетов по данной методике и методике ASM2d. Показано, что, в отличие от методики ASM2d, которая относится к теоретическим моделям и описывает процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики, рассматриваемая методика представляет собой, по своей сути, эмпирический расчет, в котором заложены неизменяемые и в большинстве своем не имеющие физического смысла константы. Поскольку эмпирические модели связывают между собой параметры, полученные на основании экспериментальных данных конкретного объекта в строго ограниченных условиях, применять эти модели можно только в случае, когда все параметры другого объекта точно совпадают с данными объекта, на котором предлагаемая модель составлялась. Соответственно, применение любых эмпирических моделей, в том числе и рассматриваемой методики, на сооружениях, которые не являлись объектами для составления этих эмпирических моделей, ведет к риску получения некорректных результатов расчета. На основании выполненных расчетов показаны риски и ограничения использования метода, предложенного Даниловичем и Эповым, для расчета соо­ружений биологической очистки. В первой части статьи проведен расчетный анализ определения значений аэробного возраста активного ила, которые являются базовыми значениями для расчета объема аэробных зон аэротенков.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , теоретические и эмпирические математические модели , сравнительный расчет сооружений биологической очистки , ASM2d

DOI 10.35776/VST.2022.11.03
УДК 628.35

Харькина О. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по методу Даниловича–Эпова и модели ASM2d (часть 2)

Аннотация

Продолжен анализ предложенной Д. А. Даниловичем и А. Н. Эповым Методики расчета аэротенков, которая основана на немецкой методике ATV. В силу определенной ограниченности эмпирической методики ATV, разработанной на основании данных только тех сточных вод, на которых авторы смогли провести исследования, методика ATV не может быть применена за пределами тех очистных сооружений, на которых проведены эти исследования. Проведено сравнение Методики с моделью ASM2d (матрица уравнений ферментативной кинетики, описывающих скорости роста микроорганизмов и скорости соответствующих био­химических процессов), а также с методикой НИИ ­ВОДГЕО/СамГТУ, которая является полностью тео­ретической моделью, а расчетные формулы представляют собой уравнения ферментативной кинетики. Расчеты аэротенков по формулам ферментативной кинетики были заложены еще в СНиП «Канализация. Наружные сети и сооружения» в 1974г., а уже в СНиПе 1984г. расчет был дан в виде отработанной методики для сооружений биологической очистки на окисление органических соединений. Эмпирический же подход, предлагаемый в Методике, вызывает не только технологический вопрос об области ее применения, но и воп­рос ее целесооб­разности в целом. Применение эмпирических подходов, к которым относится Методика, формально связывает между собой заложенные параметры в виде неизменяемых коэффициентов и эмпирических зависимостей, полученных экспериментально в узком диапазоне параметров и условий конкретного объекта, что создает риски существенных ошибок. Показано, что Методика для городских сточных вод дает заниженные объемы аэротенков на десятки процентов по сравнению с результатами расчетов по теоретическим методикам ASM2d и ВОДГЕО/­СамГТУ, разработанной В. Н. Швецовым, С. В. Степановым, К. М. Морозовой, которые описывают процессы очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. При этом показано, что ASM2d и методика ВОДГЕО/СамГТУ дают высокую сходимость результатов в пределах различий менее 10%, что позволяет говорить о корректности модели ASM2d и методики ­ВОДГЕО/СамГТУ, и ограниченности Методики, позволяющей ее использование только для грубых прикидочных расчетов.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , теоретические и эмпирические математические модели , ASM2d , методика НИИ ВОДГЕО/СамГТУ , уравнения ферментативной кинетики , сравнительный расчет

DOI 10.35776/VST.2021.05.02
УДК 628.35

ШВЕЦОВ В. Н., Харькина О. В., Степанов С. В.

Сравнение результатов расчета аэротенков по моделям НИИ ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d

Аннотация

Проведено сравнение результатов расчета аэротенков, реа­лизующих процессы аэробного окисления органических сое­динений, нитрификации, денитрификации и удаления фосфора (химического и биологического) по двум различным математическим моделям (методикам): ВОДГЕО/СамГТУ (Самарского государственного технического университета) и ASM2d. Эти модели относятся к теоретичес­ким и описывают процессы биологической очистки сточных вод с помощью формул ферментативной кинетики. Расчеты для одних и тех же входных и выходных данных показали высокую сходимость результатов по объемам технологических зон аэротенков. Для качества очищенных вод до требований ПДК для водных объектов рыбохозяйственного значения (вариант 1) расхождение составляет –0,3 и 3,3% соответственно для аноксидной и аэробной зон. При показателях на сброс в водный объект категории Б (вариант 2) для сооружений от больших до сверхкрупных разница в результатах расчета объемов составила соответственно 13,8 и 15,4%. При расчете с учетом качества очищенной воды до значений технологических показателей на сброс в водный объект категории Г (вариант 3) для очистных сооружений от больших до сверхкрупных расхождение в значениях объемов аэробных зон составило 48%, что обусловлено целесообраз­ностью обеспечения устойчивой нитрификации при высоких нагрузках. По­этому вариант 3 по методике ВОДГЕО/СамГТУ фактически выполнен на более низкую нагрузку на ил и более глубокую нитрификацию, чем по методике ASM2d (1 вместо 2 мгN–NH₄/л). Показано, что лежащие в основе обеих методик математические модели, базирующиеся на фундаментальных уравнениях ферментативной реакции, весьма высокая сходимость и логичность результатов расчетов дают основание утверждать, что обе эти модели в наибольшей степени из известных приемлемы для расчета сооружений биологической очистки сточных вод с удалением азота и фосфора.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , активный ил , кинетические константы , производственные и городские сточные воды , методики технологического расчета ВОДГЕО/СамГТУ и ASM2d , теоретические и эмпирические математические модели , сравнительный расчет сооружений биологической очистки

bbk 000000

УДК 628.38:338.001.36

Царенко Д. А., Ромашко А. В., Смирнов Александр Владимирович

Стоимость жизненного цикла как критерий выбора фильтрационного пакета мембранных биореакторов

Аннотация

Представлена методика оценки стоимости жизненного цикла фильтрационного пакета мембранных биореакторов для биологической очистки сточных вод. Приведены ключевые параметры при выборе МБР-технологии, пример расчета стоимости жизненного цикла оборудования. Показано распределение гарантийных обязательств между заказчиком и поставщиком. Представленная методика оценки привлекательности применения мембранных биореакторов на базе анализа стоимости жизненного цикла фильтрационного пакета позволяет с большой точностью рассчитать капитальные и эксплуатационные затраты узла мембранной фильтрации на очистных сооружениях разной производительности для обоснованного выбора поставщика фильтрационного пакета. Сформулированы условия оптимального распределения рисков между производителем мембран и покупателем.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , мембранный биореактор , стоимость жизненного цикла , аннуитетный вклад

DOI 000000

УДК 628.35:661.5

Данилович Д. А., Смирнов Александр Владимирович

Технология ступенчатой нитри-денитрификации для очистки городских сточных вод: анализ вариантов и опыт применения

Аннотация

Рассмотрен опыт компании АО «МАЙ ПРОЕКТ» по проектированию биологических очистных сооружений (аэротенков) на муниципальных объектах РФ с применением ступенчатой нитри-денитрификации. За последние 10 лет было реконструировано и построено более 20 очистных соо­ружений с внедрением именно ступенчатой схемы, автор статьи принимал личное участие в наладке и запуске более 10 биологических очистных сооружений по очистке муниципальных и промышленных сточных вод. С целью соблюдения конфиденциальности данных в статье не приводятся результаты химического анализа работы сооружений, а с использованием математического моделирования показаны особенности реализации ступенчатой денитрификации. Рассмотрены ключевые технологические аспекты реализации схем ступенчатого процесса с разным количеством ступеней (две и три), случаи необходимости использования или отказа от нитратного рецикла, а также с применением, при необходимости, дополнительного субстрата (метанола) при особо жестких требованиях по содержанию азота на сбросе очищенных сточных вод. Традиционно считается, что схема ступенчатой денитрификации рассчитана на удаление азота, однако также рассмотрены дополнительные положительные модификации ступенчатой денитрификации, которые позволяют организовать биологическое удаление фосфора. Рассматривается устройство анаэробной зоны перед первым каскадом денитрификации (D1), использование ступенчатой денитрификации при реализации технологической схемы Йоханнесбургского университета (JHB), а также организация дробной подачи возвратного ила.

Ключевые слова

биологическая очистка , нитрификация , денитрификация , аэротенк , биологическое удаление фосфора , ступенчатая технология

bbk 000000

УДК 628.1/.2:543.31

Егорова Ю. А., Быкова П. Г., Кичигин В. И., Нестеренко О. И., Стрелкова Т. А.

Экоаналитический контроль и мониторинг качества воды в г. о. Самара

Аннотация

В городском округе Самара производственный контроль качества природной и питьевой воды осуществляется аккредитованным испытательным центром качества воды. Контроль проводится в соответствии с программой, разработанной ООО «Самарские коммунальные системы» и согласованной с Управлением Федеральной службы по надзору в сфере прав потребителей и благополучия человека по Самарской области. Контроль выполняется на всех этапах водоподготовки, начиная с источника водоснабжения и заканчивая водоразборными колонками на распределительной сети. Мониторинг состояния воды поверхностного источника позволяет контролировать режим работы сооружений и подбирать требуемые дозы реагентов на каждом этапе водоподготовки. Производственный контроль качества сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения канализации, и очищенных сточных вод осуществляется аккредитованной испытательной химико-бактериологической лабораторией и выполняется по каждому технологическому сооружению, начиная с приемной камеры, до сброса в Саратовское водохранилище (перед выпус­ком в водохранилище вода проходит биотестирование на острую токсичность). Осадок, образующийся при очистке стоков, на каждом этапе подвергается анализу по физико-химическим, микробиологическим, паразитологическим, токсикологическим и радиологическим показателям. Оценка работы сооружений биологической очистки проводится по данным гидробиологического анализа активного ила. Рассказано об оснащении лабораторий современными приборами и оборудованием, о постоянном обновлении материально-технической базы. Особое внимание уделено повышению квалификации сотрудников химико-бактерио­логических лабораторий и достигнутым результатам.

Ключевые слова

биологическая очистка , мониторинг , водоподготовка , активный ил , перманганатная окисляемость , контроль качества воды и стоков , экоаналитический контроль

bbk 000000

УДК 504.75.06:628.31

Пупырев Е. И., Шеломков А. С.

Экономическое обоснование экологически безопасных технологий очистки сточных вод

Аннотация

В условиях рыночной экономики в России заказчики и инвесторы должны учитывать экономические факторы при проектировании сооружений очистки коммунальных сточных вод. Определены экономичные и экологически эффективные технологии очистки сточных вод с учетом региональных особенностей при размещении очистных сооружений. Выделяются три типовые группы поселений: сельские (до 20 тыс. человек), малые города (50–100 тыс. человек), крупные города и мегаполисы. Приведены характеристики коммунальных сточных вод поселений каждой группы. Для сточных вод сельских поселений характерны высокие концентрации взвешенных веществ и биогенных элементов. В очищенной сточной воде малых и крупных городов присутствуют тяжелые металлы, что обусловлено, как правило, сбросами неочищенных сточных вод от промышленных предприятий. Приведены требования к качеству очищенных сточных вод типовых поселений. Для каждой группы поселений предлагаются и экономически обосновываются экологически допустимые технологии очистки. Проводится анализ следующих технологий очистки сточных вод: полная аэробная биологическая очистка; глубокая биологическая очистка с удалением биогенных элементов (азота, фосфора); глубокая биологическая очистка с удалением биогенных элементов (азота, фосфора) с доочисткой на фильтровальных сооружениях и сорбционных фильтрах. Предложенный подход к выбору технологии очистки сточных вод с учетом экономических и экологических условий может быть использован при проектировании других систем экологического назначения.

Ключевые слова

биологическая очистка , наилучшие доступные технологии , экологическая безопасность , биогенные элементы , коммунальные сточные воды , экономическое обоснование

DOI 10.35776/VST.2021.05.04
УДК 628.35:661.5

Кондрашев В. А., Метелица С. Г.

Этапы запуска биоблока канализационных очистных сооружений с дозированием легкоокисляемой органики

Аннотация

Рассмотрены вопросы, связанные с проведением пусконаладочных работ биоблока станции очистки хозяйственно-бытовых и близких к ним по составу сточных вод при пробном пуске в эксплуатацию очистных сооружений. Подробно рассмотрены этапы пусконаладочных работ биоблока очистных сооружений с «затравкой» активным илом из действующих биологических очистных сооружений и с дозировкой легкоокисляемой органики. Описан состав оборудования станции КОС-9 производства «Гермес Групп». Рассмотрены все этапы пусконаладочных работ биоблока на примере запуска очистных сооружений КОС-9 с привлечением многочисленных опытных данных. Определены периоды этапов пусконаладки биоблока. Приведены проблемы наладки биоблока и пути их решения с достижением требуемого результата. Технология, используемая на станции, обеспечивает очистку сточных вод, соответствующую требованиям, предъявляемым к выпус­ку очищенных стоков в водоем рыбохозяйственного значения.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , механическая очистка , доочистка , пусконаладочные работы , станция биологической очистки

bbk 000000

УДК 628.356

Кевбрина М. В., Белов Н. А., Акментина А. В., Остапенко Р. В.

Эффективность аэрационных систем на московских очистных сооружениях в реальных условиях эксплуатации

Аннотация

Аэрационные системы аэротенков являются одним из важнейших элементов очистных сооружений. Основной задачей при эксплуатации различных систем аэрации является обеспечение высокой эффективности использования кислорода воздуха при низ­ких энергозатратах. Инженерно-технологическим цент­ром АО «Мосводоканал» получены результаты многолетней эксплуатации аэрационных систем в реальных промышленных условиях на московских очистных сооружениях. Изучена зависимость эффективности аэрационной системы от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка, расхода воздуха через один аэратор для различных схем раскладки аэраторов по длине аэротенка. Регулирование удельного расхода воздуха по зонам аэротенка позволяет оптимально использовать имеющийся окислительный потенциал сооружений без увеличения затрат на аэрацию и без снижения эффективности очистки сточной воды. Установлено, что при расчете и выборе аэрационных систем необходимо подбирать оптимальное соотношение между площадью аэрируемой зоны аэротенка и эффективностью аэрационной сис­темы. Показано, что при реализации технологий нит­ри-денитрификации без увеличения капитальных и эксплуатационных затрат, направленных на закупку и обслуживание перемешивающего и аэрационного оборудования, возможно как краткосрочное, так и долгосрочное отключение аэраторов для осуществления попеременной аэрации без потери их эффективности. Многолетнее изучение аэрационных систем различных производителей показало, что эффективность аэрационных систем в процессе долгосрочной эксплуатации снижается до 25% от проектного значения. В связи с этим при подборе аэрационной системы и расчете, кроме необходимого количества и раскладки аэраторов, необходимо учитывать снижение эффективности аэрационных систем в процессе эксплуатации на реальных очистных сооружениях.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , аэротенк , активный ил , аэрационная система , эффективность передачи кислорода