Учитывая современное экономическое состояние многих регионов России, необходимо стремиться к минимизации капитального строительства и максимальному использованию ранее построенных систем и сооружений. Внедрение современных технологий при реконструкции очистных сооружений требует проведения сложных, трудоемких предварительных исследований и анализа сложившейся ситуации.

Предварительные обследования и мониторинг работы очистных сооружений являются отправной точкой для разработки предпроектных решений и рабочей документации для конкретных объектов водоотведения. Отправной точкой для разработки рекомендаций или предпроектных решений реконструкции сооружений является проведение технологического обследования и изучение состояния строительных конструкций. Для минимизации капитальных вложений в объекты и возможности применения современных технологий очистки сточных вод особенно важным является максимальное использование существующих емкостей и строений, пригодных для каждого конкретного объекта или сооружения.

Перспективным направлением реконструкции очистных сооружений является практическая реализация идеи «зарегулирования канализационного стока» с целью уменьшения коэффициента неравномерности притока сточных вод на очистные сооружения. В идеальном случае строительство регулируемых резервуаров позволяет обеспечить после створа регулирования равномерную нагрузку очистных сооружений в течение суток с постоянным коэффициентом неравномерности. В 1950-е годы было построено большое количество двухъярусных отстойников, которые в настоящее время не используются, но общие объемы позволяют использовать их в качестве регулирующих резервуаров.

На очистных сооружениях города Краснознаменска Московской области для очистки сточных вод двухъярусные отстойники ранее применялись в качестве первичных отстойников перед высоконагружаемыми биофильтрами. По завершению второй очереди строительства существующие очистные сооружения были выведены из эксплуатации и частично демонтированы (в основном объекты из сборных железобетонных конструкций), но на них остались двухъярусные отстойники, выполненные в монолитном железобетоне.

После анализа состояния строительных конструкций было принято решение использовать их в качестве регулирующих резервуаров для снижения коэффициента неравномерности, что при увеличившемся расходе сточных вод, поступающих от новой жилой застройки, позволило обрабатывать весь объем стока на существующих сооружениях второй очереди строительства с улучшением показателей очищенного стока.

На фото 1 показаны регулирующие резервуары города Краснознаменска, введенные в эксплуатацию после реконструкции двухъярусных отстойников. В результате реконструкции коэффициент неравномерности был снижен до 1,0–1,1, что позволило значительно сократить требуемые объемы сооружений биологической очистки и доочистки, а также снизило количество потребляемой электроэнергии на аэрацию сточных вод в аэротенках и перекачку осадка и активного ила. Перед регулирующими резервуарами было запроектировано здание решеток с двухступенчатыми механизированными решетками (первая ступень решеток имели прозоры 8 мм, а вторая — 4 мм) и вновь построены две песколовки с круговым движением воды.

В дальнейшем в процессе реконструкции очистных сооружений отказались от первичных отстойников, так как в первых двух секциях регулирующего резервуара происходило осаждение 35–40 % взвешенных веществ. Подобное решение также использовано при разработке проектов реконструкции очистных сооружений городов Шатура и Лыткарино, а также на ряде других объектах. Реконструкция очистных сооружений поселка Горки была вынужденной мерой, так как до 2003 года сточные воды при расходе порядка 2000 м3 /сут. поселка очищались в песколовках, двухъярусных отстойниках и далее распределялись по полям поглощения, занимающим почти 10 га, а дезинфекция сточных вод не производилась, в итоге после полей поглощения они загрязняли грунтовые воды.

При реконструкции очистных сооружений решались две проблемы: использование существующих сооружений в качестве механической очистки и строительство нового блока биологической очистки в аэротенках с одноиловой системой денитри-нитрификации, которые предназначались для глубокой биологической очистки с удалением биогенных элементов (азота и фосфора).

Принятая технология очистки оказалась простой в технологическом и аппаратном оформлении схемой глубокой очистки, и при этом несложной в эксплуатации. Для более эффективного использования объема сооружений аэротенк был разделен методом продольного секционирования жесткими перегородками на чередующие зоны денитрификации (аноксидные) зоны и зоны нитрификации. Для подачи воздуха, необходимого для осуществления процессов биологической очистки и перемешивания иловой смеси, монтировалась гребенчатая система аэрации для каждой из зон. В качестве аэраторов использовались мембранные тарельчатые аэраторы.

В зонах денитрификации для перемешивания иловой смеси использовались пневматические перемешиватели «Аква-Микс», а в зонах нитрификации — мелкопузырчатые аэраторы «АР-300». Технологическая схема очистки сточных вод на очистных сооружениях поселка Горки-2 предусматривает снижение концентраций загрязнений в очищенной воде до показателей, предъявляемых к водоемам рыбохозяйственного назначения. На фото 2 показаны очистные сооружения поселка Горки-2 после пуска в эксплуатацию.

В табл. 1 приведены усредненные показатели очистки сточных вод этого поселка. При реконструкции очистных сооружений «Реабилитационного центра Центральной больницы (ЦБ) России» предусматривалась идентичная технологическая схема очистки сточных вод. Вся трудность реконструкции заключалось в том, что работы проводились в аэротенках-отстойниках заводской готовности.

Для этого существующие аэротенки-отстойники разделяются перегородками на определенные зоны, меняется аэрационная система, компрессоры, трубопроводы воды и активного ила и др. На фото 3 приведен общий вид аэротенков отстойников после реконструкции. В табл. 2 приведена выписка из протокола Роспотребнадзора по санитарнохимическим показателям на очистных сооружениях реабилитационного центра, которая показывает, что показатели очищенной сточной воды вполне удовлетворяют требованиям к сточным водам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Отметим, что при разработке модернизации сооружений биологической очистки на очистных сооружениях города Коломны пришлось столкнуться с недостатком средств для реконструкции всего комплекса. Реконструкция была выполнена на аэротенках второй очереди строительства. В процессе реконструкции в аэротенке изменена система подачи воздуха и воды в аэротенки, а для обеспечения стабильности процесса удаления азота установлены полупогружные перегородки, жестко разделяющие аноксидные зоны (денитрификации) от аэробных зон (нитрификации).

Для обеспечения перемешивания активного ила в аноксидных зонах установлены мембранные пневматические тарельчатые гидроперемешиватели «Аква-Микс» и перемешиватели фирмы «Экополимер», в зонах нитрификации — аэраторы «Аква-Пласт» («АР-300М»), производимых той же фирмой. На рис. 4 показан аэротенк после выполнения строительно-монтажных работ. На снимке видны полупогружные перегородки между зонами, подача сточной воды и активного ила в зоны денитрификации, система аэрации и иловая насосная станция с установленным в ней погружным насосом. На рис. 5 показан аэротенк после пуска в эксплуатацию. В табл. 3 приведены показатели очистки сточных вод на II-й очереди аэротенков с одноиловой системой денитри-нитрификации города Коломна.

Таким образом, использованные принципы реконструкции очистных сооружений, разработка современных методов глубокой очистки сточных вод и внедрение новых материалов и реагентов полностью подтверждает, что в процессе реконструкции возможно достижение показателей очищенных сточных вод, удовлетворяющих требованиям к очищенным сточным водам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Для глубокого удаления соединений фосфора возможно применять химические методы доочистки сточных вод, при этом концентрация вводимого реагента (полихлорида алюминия) не будет превышать 10–12 мг/л. Все эти очистные сооружения были реконструированы и построены по технологической схеме в соответствии с патентом РФ №2185338 «Способ биологической очистки сточных вод от соединений азота» и гигиеническому сертификату Государственной санитарноэпидемиологической службы Российской Федерации №77.99.02.489.Д012914.11.07 от 01.11.2007.

Выводы

Реконструкция приведенных в статье объектов выполнялась на основании концепции реконструкции и модернизации систем и сооружений водоотведения, разработанной совместно кафедрой «Водоотведение и водная экология» НИУ МГСУ и ООО «Коминтехс-экология». Работы выполнялись по предпроектным решениям с учетом детального обследования и поверочных расчетов насосных станций и очистных сооружений.

Предпроектные решения проходили предварительную экспертизу в соответствующих органах государственного надзора. Работы были выполнены поэтапно без вывода из эксплуатации сооружений. При выполнении работ на насосных станциях и очистных сооружениях максимально использовались существующие объемы сооружений без дополнительного строительства. При выполнении мероприятий затраты на реконструкцию и модернизацию были в два раза ниже базовых. Результаты анализов работы очистных сооружений подтвердили высокую эффективность принятой технологической схемы биологической очистки сточных вод.