Система работы Курьяновских очистных сооружений



В статье представлен материал о системе работы Курьяновских очистных сооружениях города Москвы; об этапах их реконструкции.

Ключевые слова: очистные сооружения, сточные воды.

Ежегодно наблюдается увеличение количества потребляемой чистой воды в хозяйстве страны. Больше половины объёма воды возвращается в водные объекты в виде загрязнённых сточных вод. В крупных городах сточные воды в основном подвергаются очистке, в населённых пунктах с неразвитой инфраструктурой жилищно-коммунального хозяйства из-за недостаточной обеспеченности централизованными системами водоотведения очищается лишь малый процент использованной воды или система очистки отсутствует вообще. В результате сброса неочищенных сточных вод происходит загрязнение водоёмов, приводящее к их деградации, к снижению потенциала водоёма в регулировании химического состава и физико-химических условий поддержания устойчивости водной среды.

Антропогенная нагрузка на поверхностные воды может быть снижена только за счёт соблюдения требований нормативов по предельно допустимым концентрациям загрязняющих веществ в сточных водах при их поступлении в водоёмы. В нашей стране разработаны нормы предельно-допустимых концентраций по внесению веществ в окружающую среду, которые требуют использования дорогостоящих технологических схем очистки воды.

Важной природоохранной отраслью является жилищно-коммунальное хозяйство, которое обеспечивает экологическую безопасность населения в местах проживания. Для комфортного проживания населения, снижения эпидемиологической опасности и оздоровления городской среды необходимо чтобы работа коммунального хозяйства соответствовала современным нормам и требованиям качества.

Москва является крупнейшим городом Российской Федерации с числом жителей 12 млн. человек [10]. В связи с постоянным ростом численности населения в городе стоит острая проблема с водоотведением и очисткой сточных вод. Сточные воды от жилых застроек и промышленных предприятий самотеком поступают по внутренним и дворовым сетям в городские канализационные сети диаметром от 125 до 600 мм и коллектора — от 700 до 4500 мм, благодаря соблюдению необходимого уклона и глубины заложения сети. Канализационная сеть города Москвы — это система трубопроводов, коллекторов, каналов и сооружений, которые предназначены для сбора и перекачки сточных вод на городские очистные сооружения.

Путь поступления сточных вод на очистные сооружения достаточно продолжителен. Общая протяженность канализационной сети города Москвы на сегодняшний день составляет 7916,9 км, в том числе самотечной — 7134,4 км, напорной — 782,4 км. В тех местах, где невозможно обеспечить самотечное продвижение сточных вод, установлены насосные станции, обеспечивающие дальнейшую напорную подачу сточных вод. В связи с увеличивающейся городской застройкой протяженность сетей постоянно увеличивается, в среднем до 50 км в год. Так, за 9 месяцев 2015 года было принято в эксплуатацию 22,9 км канализационной сети [1].

Главные требования, предъявляемые к канализационной сети города — надежность, долговечность и экологическая безопасность. Условия современного мегаполиса требуют повышения качества очистки сточных вод на московских очистных сооружениях. Основным предприятием, осуществляющим сбор и очистку канализационных сточных вод, является «Мосводоканал». Специалистами АО «Мосводоканал» постоянно проводятся мероприятия по поиску, разработке и внедрению современных технологий.

Городская система канализации Москвы включает Курьяновские, Люберецкие, Южнобутовские и Зеленоградские очистные сооружения (рис. 1, 2).

Рис. 1. Карта-схема расположения очистных сооружений в черте г. Москвы [2]

Все хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды, поступая на них, проходят серьезную очистку, что должно исключать сброс неочищенных сточных вод в природные водоемы [9]. Но, иногда, из-за технического состояния и износа систем водоснабжения и водоотведения, происходят прорывы, отключения и аварии, что приводит к потерям и перебоям в водоснабжении, загрязнениям природной среды и нарушениям санитарного состояния города.

Из всех вышеперечисленных Курьяновские очистные сооружения (КОС) — старейшие и крупнейшие в Москве. Проектирование КОС производилось с 1936 по 1938 годы с изначальной производительностью 500 тыс. м³/сут. В 1939 году были начаты подготовительные работы, прерванные Великой Отечественной войной. После войны, в 1947 году строительство станции продолжилось.

18 декабря 1950 года заработали первые сооружения механической очистки пропускной способностью 250 тыс. м³ в сутки, а в 1952 г. — биологические сооружения.

Рис. 2. Производительность очистных сооружений г. Москвы (тыс. м³/сут.) [2]

Курьяновские очистные сооружения состоят из трех блоков: старый блок 1950 г. постройки (с проектной производительностью 1,0 млн. м³ в сутки) и два блока Ново-Курьяновских очистных сооружений 1971 г. (1 млн. м³ в сутки) и 1978 г. (1 млн. м³ в сутки) годов постройки (НКОС-1 и НКОС-2). В те времена сооружения располагались на юго-востоке города, на берегу реки Москвы, далеко за пределами города, среди полей и промышленных предприятий, а сейчас оказались внутри города, окруженные жилыми районами Марьино, Нагатино, Сабурово и Печатники[1].

Курьяновские очистные сооружения обеспечивают прием и очистку хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод северо-западного, западного, южного, юго-восточного районов Москвы (60 % территории города), а также из населенных пунктов, расположенных на территории Троицкого и Новомосковского округов и Подмосковья.

До недавнего времени КОС работали по устаревшим технологиям и на оборудовании, которому более полувека, а это уже не позволяло выполнять современные жесткие требования к качеству очищенных сточных вод в соответствии с СанПиН 3.2.3215–14, СанПиН 2.1.5.980–00 [3;5].

В 2011 году началась масштабная поэтапная реконструкция КОС. Ее основные задачи:

– добиться удаления из воды соединений азота и фосфора (повышенное содержание азота и фосфора способствует размножению фитопланктона, процессу «зацветания» водоема, что приводит к подавлению численности и гибели его обитателей);

– обеззараживание воды, обеспечивающее очистку воды от бактерий и паразитов, опасных для человека и животных;

– удаление дурнопахнущих выбросов, на которые не перестают поступать жалобы от жителей [7;8].

С 2011 года по 2014 год произведена полная реконструкция первого блока Ново-Курьяновских очистных сооружений (НКОС-1). Здесь были проведены работы по восстановлению бетонных конструкций блока (аэротенков, каналов, отстойников), установлено современное технологическое оборудование: илоскрёбы, илососы, аэрационные системы, погружные насосы и мешалки, турбовоздуходувные машины. Мощность блока в результате составила 600 тысяч кубических метров сточных вод в сутки. В результате ввода в эксплуатацию НКОС-1 было достигнуто снижение сброса в Москву-реку биогенных соединений азота и фосфора.

В 2015 году начата реконструкция 2-го блока НКОС. Пуск в эксплуатацию НКОС-2 планируется в 2018 году. В соответствии с постановлением Правительства Москвы от 14 марта 2006 г. № 176-ПП «О развитии систем водоснабжения и канализации города Москвы на период до 2020 года» реконструкция старой станции КОС_. станет завершающим этапом в 2020 году [4].

Этапы очистки сточных вод на реконструированном первом блоке Курьяновских очистных сооружений заключаются в следующем (рис. 3).

Процесс очистки начинается с приемно-распределительной камеры, ее поверхность сейчас перекрыта оргстеклом. Это сделали в процессе недавней модернизации, чтобы избавиться от запаха, который на всю округу распространяла распределительная камера. Из нее поток нечистот направляется в НКОС-1 и НКОС-2. Но сейчас все идет в первый блок, так как. второй закрыт на реконструкцию.

Со сточными водами на КОС поступает большое количество различных видов отбросов: предметы быта горожан, отбросы пищевых производств, пластиковая тара и полиэтиленовые пакеты, а также строительный и прочий мусор. Для их удаления используются механизированные решетки — конвейер, закрепленный в потоке воды. Лента конвейера, состоящая из металлических пластин с отверстиями 6 мм, вращается так, что попавшийся мусор поднимается вверх, иначе решетка очень быстро бы забилась. Вверху мусор автоматическим скребком счищается на резиновую двигающуюся ленту. Неприятного запаха в здании решеток нет: хорошо работает вытяжка с фильтрами и запахоуловителями.

Рис. 3. Схема прохождения сточных вод в процессе очистки [2]: 1 – Приемная камера, 2 – Здание решеток, 3 – Песколовки, 4 – Главный машинный зал, 5 – Первичные отстойники, 6 – Аэротенки, 7 – Вторичные отстойники, 8 – Отводящий канал, 9 – Станция УФ обеззараживания, 10 – Цех доочистки, 11 – Илоуплотнители, 12 – Метантенки, 13 – Осадкоуплотнители, 14 – Фильтр-прессы, 15 – Песковые площадки, 16 – Мини-ТЭС

Затем, сточные воды проходят через песколовки — сооружения, служащие для удаления минеральных примесей. В поступающей воде могут содержаться песок, глинистые частицы, растворы минеральных солей, битое в пыль стекло. Далее, после песколовок, вода поступает на первичные отстойники, в которых оседают взвешенные в воде частицы. Всего на каждом блоке НКОС по восемь первичных отстойников открытого типа, имеющих круглую форму различного диаметра 33, 40 и 54 м.

После первичных отстойников уже отстоявшаяся вода подвергается полной биологической очистке в аэротенках. Аэротенки— открытые большие бассейны прямоугольной формы глубиной 4–6 м с функцией перемешивания. В них содержится специальный активный живой ил. Он состоит из различных бактерий, простейших организмов, коловраток, червей, водных грибов и дрожжей, которые перерабатывают биологические отходы. С помощью активного ила при принудительной подаче воздуха происходит биологическая очистка. Этот же самый процесс происходит и в природе,например на дне озер, но только весьма медленно. На станции очистки этот процесс требуется максимально ускорить [6]. Для этого в аэротенки подают огромное количество воздуха, закачиваемого турбовоздуходувками высокой мощности. Турбовоздуходувки потребляют большое количество электроэнергии и их непрерывная работа крайне важна. Стоит отключить подачу кислорода и перемешивание, как живой ил начнет умирать. В течение суток он полностью погибает. Если такое произойдет, то на его восстановление потребуется много месяцев, в течение которых биологическая очистка будет невозможна и все сточные воды придется сливать напрямую в реку Москву, что приведет к экологической катастрофе.

После аэротенков, биологически очищенная вода с примесью активного ила поступает на вторичные отстойники. Вторичные отстойники по конструкции подобны первичным. Их задача — отделить оседающий на дно ил с помощью постоянно перемещающегося по кругу илосгребателя. Он сгребает ил в кольцевой лоток, после чего ил откачивается по трубе насосами. Излишки воды утекают в канал по кругу отстойника, а оттуда в трубу. В процессе переработки отходов, ил активно размножается. Часть ила повторно пускают в работу в аэротенки, а излишки направляют на сбраживание в метантенки — специальные полуподземные резервуары. Там ил нагревается до 50–54 градусов и выделяет биогаз. Это достойная и возобновляемая замена природному газу. Для сокращения выбросов парниковых газов и сбережения ресурсов, а также для повышения надежности электроснабжения очистных сооружений в январе 2009 года на КОС была запущена работающая на биогазе мини-теплоэлектростанция, вырабатывающая 10 МВт электроэнергии и 8 МВт тепла. Мини-ТЭС обеспечивает электроэнергией 50 % объектов технологического оборудования КОС, что позволяет не допустить сброса неочищенных сточных вод в моменты аварий или отключения других источников электроэнергии [2].

Из вторичных отстойников практически чистая вода поступает в отводящий канал, идущий к реке Москве. Раньше очистка на этом завершалась, сточные воды города не подвергались обеззараживанию. После проведения в 1995 году оценки основных известных методов обеззараживания наиболее эффективным и не влияющим на окружающую среду и здоровье человека был признан метод обеззараживания ультрафиолетом. Он основан на необратимых повреждениях молекул ДНК и РНК микроорганизмов под воздействием ультрафиолета. Источником УФ-лучей являются лампы, заполненные смесью паров ртути и инертных газов и собранные в модули, располагающиеся в потоке обеззараживаемой жидкости, обтекающей их со всех сторон. В 2008 году началось строительство блока ультрафиолетового обеззараживания (УФО) на Курьяновских очистных сооружениях производительностью 3 млн. м³/сутки и максимальным часовым расходом 180 000 м³/час. Данная установка является крупнейшей в мире, а ее размещение — уникально. Блок УФО КОС был возведен на существующем отводном канале очищенных сточных вод в реке Москве и вписан в высотную схему движения воды. Это избавило от строительства огромной насосной станции и от затрат на перекачку.

Новый блок был построен прямо над отводящим каналом. С 2012 г. все сточные воды на Курьяновских очистных сооружениях перед сбросом в реку подвергаются ультрафиолетовому обеззараживанию. Благодаря этому показатели бактериальной загрязненности очищенной воды КОС достигли нормативных значений СанПиН 2.1.5.980–00, что улучшило экологическое и санитарно-эпидемиологического состояния воды реки Москвы (табл. 1) [5].

В блоке имеется комната, в которой вода из отводящего канала по трубе проходит через множество датчиков, измеряющие разные параметры в реальном времени и передают их в диспетчерскую. Таким образом, осуществляется постоянный контроль качества очистки воды.

Таблица 1

Достигнутая на блоке УФО эффективность обеззараживания

Наименование показателей	До обеззараживания		После обеззараживания (среднее)	Проектное значение	СанПиН 2.1.5.980–00
	Среднее	Макс.
ОКБ, общие колиформные бактерии, КОЕ/100 мл	150798	240000	216	<500	<500
ТКБ, термотолерантные колиформные бактерии, КОЕ/100 мл	119568	190000	91	<100	<100
Количество колифагов, БОЕ/100 мл	547	980	8	<100	<100

Еще одной важнейшей проблемой является устранение неприятных запахов, связанных с работой очистных сооружений. Неприятные запахи связаны с большими площадями открытых технологических сооружений, а так же с работой канализационных насосных станций, вытяжек и коллекторов [7].

Для её решения российскими инженерами была разработана уникальная конструкция — плоские плавающие перекрытия, аналогов которой нет в мире. В отличие от распространенных перекрытий купольного типа они более компактны и экономичны, плотность перекрытий намного больше, не требуется возведения дорогостоящих опор и фундаментов. Было применено перекрытие основных источников запаха — первичных отстойников сточных вод, подводящих каналов, приёмных камер, песколовок и илоуплотнителей. В общей сложности было перекрыто 123,2 тысячи квадратных метров поверхностей, в том числе 34 первичных отстойника диаметром 33, 40 и 54 метра, установлено воздухоочистное оборудование.

В результате концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе снизилась:

– по аммиаку — в 18 раз;

– по сероводороду — в 22 раза;

– по метану — в 2,3 раза [2].

Рис. 4. Динамика очистки сточных вод от биогенных элементов

Итак, по итогам реконструкции 1-го блока Ново-Курьяновских очистных сооружений можно увидеть, что значительно повысилось качество очистки сточных вод, особенно по биогенным элементам (рис. 4), было оптимизировано количество персонала очистных сооружений за счёт установки современного оборудования и автоматики, были обновлены основные конструкции, что обеспечило их надёжную работу и продлило срок службы до 50 лет. Применение способа обеззараживания с использованием ультрафиолетового излучения не только дешевле, эффективнее других методов, но и экологичнее. Реализованные мероприятия по устранению специфических запахов убрали эту проблему, помогли улучшить экологическую обстановку в прилегающих к КОС жилых районах и устранить дискомфорт почти двух миллионов москвичей.

Литература:

1. Мосводоканал. Канализация [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://www.mosvodokanal.ru/sewerage/
2. Мосводоканал. Очистные сооружения [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://www.mosvodokanal.ru/sewerage/
3. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 22 августа 2014 г. N 50 г. Москва «Об утверждении СанПиН 3.2.3215–14 «Профилактика паразитарных болезней на территории Российской Федерации»
4. Постановление Правительства Москвы от 14 марта 2006 г. N 176-ПП «О развитии систем водоснабжения и канализации города Москвы на период до 2020 года»
5. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.5.980–00 «2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 22 июня 2000 г.)
6. Скогликов А. А. Оборудование фирмы «KSB AG» для реализации современных технологий биологической очистки сточных вод //Водоснабжение и санитарная техника. 2008 — № 3. — Часть 1. — С. 49–54.
7. Сочалин О. И. Реконструкция Курьяновских очистных сооружений // Экология Производства. 2015. — № 6. — С.72–77.
8. Трунов П. В., Лунин С. В., Чуев Е. В., Павлова В. Ю. Повышение эффективности биологического удаления соединений азота и фосфора на очистных сооружениях канализации //Водоснабжение и санитарная техника. 2010. -№ 9. — С.4–8.
9. Федеральный закон Российской Федерации от 7 декабря 2011 года № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» (ст.14, п15; ст.26,27).
10. Численность населения Российской Федерации по муниципальным образованиям на 1 января 2015 года [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/publications/catalog/afc8ea004d56a39ab251f2bafc3a6fce