Сохранение гидросферы при непрерывном увеличении водопотребления и загрязнения водоемов промышленными и бытовыми стоками является одной из основных экологических проблем современности. При очистке сточных вод одной из наиболее актуальных задач является биологическое удаление соединений азота и фосфора. В настоящее время, на очистных сооружениях канализации постсоветского пространства, стоки по биогенным элементам (азот и фосфор) очищаются недостаточно. Это объясняется отсутствием возможности их полного удаления с помощью существующих технологий. В условиях ужесточения нормативов предельно-допустимого сброса и постоянного роста платы за загрязнение водных объектов все актуальнее становится вопрос увеличения эффективности удаления биогенных элементов из сточных вод при общей минимизации эксплуатационных затрат.
Удаление микроорганизмами активного ила органических веществ и биогенных элементов является непременным условием очистки сточных вод на современных очистных сооружениях канализации. Активный ил – это в основном сообщество аэробных бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности преобразуют присутствующие в сточных водах сложные загрязнения в простые соединения, не нарушающие экологию водных объектов.
Несмотря на кажущуюся легкость протекающих биологических процессов, применяемая технология должна учитывать целый ряд факторов, обуславливающих выбор технологической схемы, а именно: природу загрязняющих веществ, их концентрации, объем сточных вод, наличие дополнительных примесей, требований к качеству очистки воды для сброса или ее возврата в технологический цикл и многое другое.
Учитывая всю сложность поставленной задачи и несовершенство предлагаемых методик расчета, для разработки технических решений, наша компания использует лицензионную версию программного комплекса BioWIN по моделированию процессов биологической очистки сточных вод. Данная программа разработана канадской фирмой EnviroSim и за последние несколько лет была успешно применена для моделирования и выбора оптимальной технологической схемы нитри-денитрификации и дефосфатации более чем в 50 крупных городах (с населением 500 тыс. человек и более) стран Европы, Азии и Америки.
BioWIN позволяет проводить комплексное моделирование процессов механической и биологической очистки, доочистки и утилизации осадков, в ходе которого можно проследить изменения основных параметров процессов происходящих при разных схемах очистки сточных вод, что позволяет лучше ориентироваться в той или иной схеме.
Алгоритм программы базируется на представлении в виде уравнений различных явлений реализуемых на очистных сооружениях: биологических (рост и отмирание популяций микроорганизмов); физических (аэрация, гидравлика и т.д.); химических (осаждение фосфатов с помощью реагентов и т.д.). Основными данными для построения являются количественная и качественная характеристики сточных вод, габариты существующих и проектируемых сооружений. Данный программный продукт позволяет:
- моделировать различные сценарии, в зависимости от заданных параметров работы сооружений: колебаний характеристик исходной воды (расход, качество), скачков нагрузки, гидравлических перегрузок во время дождя, колебаний температур, колебаний концентрации ила и т.д.;
- оптимизировать расчет, т.е. установить оптимальные величины распределения объемов, потребность в кислороде, степени рециркуляции и уровня нагрузки на активный ил и т.д.;
- оптимизировать параметры эксплуатации (расход энергии, стоимость реагентов, количество осадков для обработки и т.д.).
Результаты расчетов программа выдает в виде таблиц, графиков и диаграмм. Целью компьютерного расчета является получение надежных результатов, которые могли бы применяться на практике.
Используя данное программное обеспечение, нашими специалистами проектного и инжинирингового департамента выполнены работы по разработке технических решений нитри-денитрификации по удалению соединений азота и фосфора на очистных сооружениях Ярославля, Новосибирска, Перми, Липецка, Ижевска и др.
Одним из примеров использования этой программы, является проектирование и строительство новых канализационных очистных сооружений города Сысерть с расчетом схемы биологической очистки при реализации процессов нитри-денитрификации. В основу расчета была положена модель процессов биологической очистки ASM3, разработанная Международной водной ассоциацией. Калибровка модели, а также верификация результатов моделирования была выполнена с учетом рекомендаций, изложенных в основных трудах по очистке сточных вод России, Европы, США и основывается на оптимальной эффективности очистки, экономической целесообразности, оптимальном уровне автоматизации, гибкости и удобству при эксплуатации.
Результаты компьютерного моделирования реализованы в новой разработке компании «ЭКОТОН», а именно в ряде компактных очистных сооружений производительностью 100 – 1000 куб.м/сут. Здесь реализованы процессы нитри-денитрификации, биологического и реагентного удаления фосфора. Такая установка удачно эксплуатируется в Санкт-Петербурге, показывая хорошие результаты.
Благодаря моделированию процессов биологической очистки с помощью передовых программных продуктов, а также одновременной эксплуатации мобильной опытно-промышленной установки и внедренных технических решений нитри-денитрификации, позволило:
- создать и накапливать прочную экспериментально-теоретическую базу;
- определить и учитывать технико-экономические показатели объекта;
- пронаблюдать особенности эксплуатации и выявить возможные эксплуатационные проблемы.
Для решения подобных задач, в составе НПФ «ЭКОТОН» организован инжиниринговый департамент. Результатом его работы является предоставление отчетной документации с полной и достоверной информацией о состоянии очистных сооружений, которая включает наиболее оптимальные технологические решения, подбор оборудования и оценку стоимости проекта в целом, что может стать базой для начала проектных работ и получения необходимых инвестиций.
Первым этапом выполнения вышеизложенных работ, является обследование очистных сооружений и анализ исходных данных. При этом на месте определяются особенности взаимного расположения сооружений; их состояние, режимы работы и конструктивные особенности; наличие дополнительных сооружений и оборудования, которые необходимо учитывать при разработке схем удаления азота и фосфора.
На втором этапе производится разработка нескольких схем удаления азота и фосфора с моделированием различных схем в программе BioWin и выбор оптимальной технологической схемы с наиболее рациональным режимом работы.
После окончательного выбора схемы удаления азота и фосфора и утверждения подобранного оборудования определяется сметная стоимость, а также производится экономическая оценка эксплуатационных затрат и намечаются пути снижения энергопотребления на объекте.
Выводы
НПФ «ЭКОТОН» по зарубежной методике, с помощью инжинирингового и проектного департамента внедряет высокоэффективные экологически безопасные технологии биологической очистки сточных вод. НПФ «ЭКОТОН» использует лицензионное программное обеспечение BioWin и производит сертифицированное инновационное оборудование. В результате такого сочетания обеспечивается:
- Высокая эффективность нитрификации, денитрификации и дефосфатации на уровне ПДК для рыбохозяйственных водоемов;
- Обоснованный уровень стоимости технологии и оборудования для данного качества очистки;
- Невысокие эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования и системы водоочистки;
- Низкий расход химических реагентов и других расходных материалов на 1 м3 сточной воды;
- Высокая удельная производительность оборудования (объем очищаемой жидкости с площади, занимаемой установкой);
- Отсутствие вторичного загрязнения и увеличение количества твердых отходов;
- Отсутствие высококонцентрированных жидких отходов, образующихся в процессе водоочистки;
- Возможность полной автоматизации технологического процесса.