Усреднитель как обязательный элемент комплекса очистки сточных вод

 Как известно, наилучшим образом биологическая очистка происходит тогда, когда все процессы находятся в равновесном состоянии, лишённые резких колебаний объёмов поступающей воды в суточном цикле. В данной статье рассматривается система, устраняющая суточные гидравлические колебаний подачи сточных вод, как по объёму, так и по составу...

  В процессе проектирования  и строительстве очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод небольшой производительности, к которым относятся компактные и локальные очистные сооружения, особенно актуальным становится вопрос равномерности подачи сточных вод на очистку. Как известно, наилучшим образом биологическая очистка происходит тогда, когда все процессы находятся в равновесном состоянии, лишённые резких колебаний объёмов поступающей воды в суточном цикле. В данной статье рассматривается система, устраняющая суточные гидравлические колебаний подачи сточных вод, как по объёму, так и по составу. 

  Баланс водопотребления и водоотведения в течение суток графически представляет собой кривую с резкими скачками. Наибольшие объёмы сброса со стороны жилого массива происходят в вечернее и утреннее время, с максимальной концентрацией загрязнений в преддверии окончания светового дня; существует также скачок середины дня, совпадающий с обеденным перерывом.  В остальное время поток менее интенсивен и относительно равномерен по объёму и количеству загрязнений.

  При формальном подходе, на этапе проектирования системы водоотведения, применяются существующие нормы водопотребления с учётом коэффициента неравномерности (отношение максимального суточного расхода к среднему суточному расходу). Особую роль данный коэффициент играет при гидравлических расчетах на этапе подбора насосного оборудования, которое должно справиться с экстремальными условиями пиковых сбросов. Многолетняя практика эксплуатации очистных сооружений, участие в пусконаладочных работах убедили нас в том, что в зоны биологической очистки стоки должны подаваться, как можно более равномерно по объёму в единицу времени. Это интенсифицирует работу биоценоза активного ила, сохраняя оптимальным время пребывания в технологических зонах с аэрацией, улучшает осаждение взвешенных веществ в отстойниках, препятствует  выносу ила, происходящему при залповых сбросах, стабилизирует весь процесс очистки. Наиболее актуальным представляется процесс усреднения для компактных очистных сооружений, где скачки поступающих сточных вод не могут быть скомпенсированы объёмами технологических зон, как это происходит на крупных очистных сооружениях. 

  Специалисты, безусловно, пользуются принятыми нормативами и правилами при проектировании систем водоочистки и водоотведения. Но на этапе формирования технического задания им приходится учитывать целый ряд особенностей реально существующей ситуации, отличающейся от теоретической. Особенно актуальным это становится тогда, когда речь идёт о реконструкции уже имеющихся очистных сооружений и систем водоотведения, построенных, например, по устаревшим проектам.  В этих случаях необходимо учитывать все, даже изначально непрогнозируемые, факторы для правильного составления реального баланса водоотведения. Для получения объективной картины необходимо рассматривать не только интегральные характеристики поступающих стоков, но и осуществлять дифференцирование всплесков и падений объёмов на протяжении временных интервалов в течение суток. Синхронно с этим изучаются режимы работы канализационных насосных станций, проводится мониторинг реального поступления сточных вод, уточняется совместно с заказчиком реальный график водоотведения. 

   После того, как собраны исходные данные, определена реальная производительность очистных сооружений и составлен график водоотведения, наши специалисты разрабатывают возможные варианты схемы транспортировки сточных вод и равномерной подачи в систему биологической очистки. В дальнейшем из спектра вариантов выбирается наиболее актуальный. При оптимизации необходимо учитывать возможность частичного усреднения в системе, состоящей из  трубопроводов, колодцев, насосных станций и прочих элементов, участвующих в транспортировке стоков. Часто заказчик не синхронизирует работу КНС с очистными сооружениями, допуская несистемное ручное управление насосами, приводящее к негативным последствиям для состояния биоценоза. Ручное управление допускается только для экстренных ситуаций, особых случаев, и не предполагается в режиме штатной эксплуатации, которая должна быть автоматизирована. После выбора оптимальной схемы движения стоков  специалисты рассчитывают рабочий объем усреднителя и определяют его конструктивные особенности с учетом возникновения нештатных ситуаций: избыточных сбросов; аварийных и пограничных с аварийными ситуаций. 

  Объем усреднителя рассчитывается с учетом вероятности залповых сбросов и с возможностями применяемой системы равномерной подачи стоков из усреднителя к очистным сооружениям. Конструкция усреднителя определяется режимом подачи к нему стоков – напорным или самотечным, – глубиной залегания подающего коллектора; функциональными особенностям очистных сооружений в части приёма сточных вод. В некоторых случаях конструкция усреднителя позволяет осуществить не только гидравлическое усреднение, но и организовать предварительную механическую очистку или взмучивание, гомогенизацию, в зависимости от поставленной задачи. 

  Проектирование усреднителя требует поиска определённого компромисса между стоимостью, технологичностью, рентабельностью и практичностью. Применение усреднителя полной заводской готовности значительно снижает затраты на его монтаж на месте размещения.  Основной элемент конструкции любого усреднителя – это емкость, оснащённая системой равномерной подачи стоков в технологические зоны очистки.

Теоретически идеальный  усреднитель удовлетворяет следующим характеристикам:

– рабочий объем усреднителя составляет треть общего суммарного объёма ёмкостей очистных сооружений;

– усреднитель не подвержен влиянию температуры окружающей среды;

– система подачи сточной вода на очистку имеет минимальные отклонения по объёму в единицу времени, движение воды равномерное, непрерывное, без задержек и ускорений;

– образование осадка минимизировано из-за принудительного взмучивания или конструктивно реализована система локализации и последующего удаления осадка;

– все зоны усреднителя доступны для обслуживания и сервисных работ;

– ёмкость усреднителя разделена на две секции, реализованные, как сообщающиеся сосуды. 

  На практике реализация «идеального» усреднителя значительным образом затруднена. Лимитирующим фактором для монтажа усреднителя выступает глубина самотёчного подводящего коллектора, пространство над которым остаётся нефункциональным. Избыточное заполнение ёмкости водой выше уровня подводящего коллектора может привести к нарушению принципа свободного излива и, как следствие, к целому ряду нежелательных явлений. Для предотвращения этого усреднитель нужно монтировать ниже уровня коллектора, что приводит к изменению конструкции самого усреднителя, дополнительным земельным работам, усложнению технологии монтажа, затрудняет реализацию отведения воды,  и, в конечном счёте, обусловливает увеличение стоимости работ. При этом самотёчное отведение воды из усреднителя становится для большинства случаев невозможным.

  Равномерность самотёчного отведение воды из усреднителя в систему биологической очистки труднодостижима из-за того, что интенсивность потока зависит от столба жидкости над водовыпускным коллектором: чем выше уровень воды, тем больше объём, проходящий через отверстие коллектора в единицу времени. Не последнюю роль здесь играет и вязкость жидкости. В этом случае можно рассматривать равномерность потока только в некотором диапазоне: от минимальной до максимальной величины. Иногда такой разброс некритичен и компенсируется большим объёмом аэротенка. Но, чем меньше этот объём, тем существенней становится влияние диапазона «равномерности» потока. В любом случае усреднение потока поступающей на очистку воды предпочтительнее залповых сбросов или временного отсутствия стока: в первом варианте биоценоз не успевает реализовать окислительные преобразования, а недостаточность времени для осаждения ила в отстойниках приводит к его выносу; во втором варианте нарушаются равновесные пищевые цепочки биоценоза из-за отсутствия питания, и, при возобновлении подачи штатного количества воды, необходимо время для восстановления равновесия и качественной очистки.

  Для предотвращения неравномерности подачи стоков на очистку нами используются принудительные варианты транспортировки с помощью насосного оборудования с управлением режимами работы:

1. Насосы функционируют по заданному алгоритму управляющего контроллера, обеспечивая периодическую подачу воды, объём которой остаётся интегрально постоянным в течение определённого времени, например, за один час. Таким образом, несколько включений насосов обеспечивает подачу определённого количества воды. Достоинство первого варианта состоит в возможности регулирования транспортировки воды путём изменения алгоритма подачи без внесения изменений в конструкцию схемы.
2. Насосы работают непрерывно, но избыток воды отводится назад в усреднитель, обеспечивая взмучивание стока для предотвращения осаждения взвешенных веществ. Основной поток, подающийся в очистные сооружения, регулируется запорной арматурой. Достоинство второго варианта состоит в возможности более длительной эксплуатации насосов, не подверженных критическим воздействиям в режиме частого включения–выключения. Основываясь на этом варианте, наша компания изготавливает функционально совмещенное изделие – КНС-усреднитель. 

  Если принимается решение использовать усреднитель, как систему, оснащённую блоком осаждения, необходимо изменить его конструкцию таким образом, чтобы появился концентратор взвешенных веществ – конус в нижней части ёмкости. Со дна конуса взвешенные вещества эвакуируются эрлифтом или насосом для вязкой пульпы. Возможен также вариант периодического отвода осадочной пульпы, под влиянием давления столба жидкости ёмкости усреднителя, через водовод с началом в области конического дна. Для случая, когда предполагается удерживание взвешенных веществ в состоянии плавучести, нами применяются варианты гидравлического (с помощью мешалок или отведённого потока) или пневматического взмучивания. Усреднитель может быть реализован в вертикальном или горизонтальном исполнении, в зависимости от поставленной заказчиком задачи. 

  Для компактных очистных сооружений усреднитель является необходимой системой, позволяющей сбалансировать подачу сточной воды независимо от времени суток. Такой режим поддерживает равновесное состояние биоценоза активного ила, обеспечивая максимальную окислительную активность и, следовательно, наилучшую очистку. В отличие от очистных сооружений высокой производительности, где колебания подачи стоков демпфируются большими объёмами аэротенков и отстойников, для малых и средних очистных сооружений усреднитель должен стать обязательным элементом, позволяющим достигнуть высокого качества очистки.