Как это работает. Канализация большого города. Принцип работы очистных сооружений. Виды очистных сооружений

И сегодня я расскажу вам про канализацию и утилизацию воды в современном мегаполисе. Благодаря недавнему походу на Юго-Западные очистные сооружения города Санкт-Петербурга я и несколько моих спутников единомоментно превратились из простых блогеров в экспертов мирового уровня по технологиям сбора и очистки воды, и теперь с радостью покажем и расскажем вам, как это всё устроено!

Труба, из которой мощной струей льётся рейтинг социальный капитал содержимое канализационного коллектора

Аэротенки ЮЗОС

Итак, начнем. Воде, разбавленной мылом и шампунем, уличной грязью, промышленными отходами, остатками еды, а также результатами этой еды переваривания (всё это попадает в канализацию, а потом - на очистные сооружения) предстоит пройти долгий и тернистый путь перед тем, как она снова верётся в Неву или Финский залив. Начинается этот путь либо в решётке водостока, если дело происходит на улице, либо в “фановой” трубе, если речь идёт про квартиры и офисы. Из не очень больших (15 см в диаметре, все наверняка видели их у себя дома в ванной или туалетной комнатах) фановых труб вода вперемешку с отходами попадает в более крупные общедомовые трубы. Несколько домов (а так же уличных водостоков на близлежащей территории) объединяются в локальный водосбор, которые, в свою очередь, объединяются в районы канализования и далее - в бассейны канализования. На каждом этапе диаметр трубы с нечистотами увеличивается, и в тоннельных коллекторах он достигает уже 4,7м. По такой вот здоровенной трубе грязная водица неторопясь (самотёком, никаких насосов) доходит до станций аэрации. В Петербурге есть три крупных, полностью обеспичивающих город, и несколько поменьше, в отдалённых районах типа Репино, Пушкина или Кронштадта.

Да, насчёт самих очистных сооружений. У некоторых может возникнуть вполне резонный вопрос - «А зачем вообще очищать сточные воды? Залив с Невой всё стерпят!». В общем-то так оно раньше и было, до 1978 года стоки практически никак не очищались и сразу попадали в залив. Залив их худо бедно перерабатывал, справляясь, однако, с возрастающим потоком нечистот каждый год всё хуже. Естественно, такое положение дел не могло не сказаться на экологии. Больше всего доставалось нашим скандинавским соседям, но и окрестностиПетербурга тоже испытывали на себе негативное влияние. Да и перспектива дамбы через Финский заставила задуматься о том, что отходы города-миллионика вместо счастливого плавания в Балтйиском моря теперь будут болтаться между Кронштадтом и (тогда ёще) Ленинградом. В общем, переспективы со временем захлебнуться нечистотами никого не радовали, и город в лице Водоканала постепенно начал решать задачу очистки стоков. Почти полностью решённой её считать можно лишь последний год - осенью 2013 был запущен главный канализационный коллектор Северной части города, после чего количество очищаемых вод достигло 98,4 процента.

Посмотрим на примере Юго-Западных Очистных Сооружений, как происходит очистка. Достигнув самого дна коллектора (дно как раз находится на территории очистных сооружений) вода мощными насосами поднимается на почти 20 метровую высоту. Это нужно для того, чтобы грязная вода проходила этапы очистки под действием силы тяжести, с минимальным привлечением насосного оборудования.

Первый этап очистки - решётки, на которых остаётся крупный и не очень мусор - всякие тряпки, грязные носки, утопленные котята, потерянные мобильные телефоны и прочие бумажники с документами. Большая часть собранного отправляется прямиком на свалку, но самые любопытные находки остаются в импровизированном музее.

Бассейн с нечистотами. Вид снаружи

Бассейн с нечистотами. Вид изнутри

В этом помещении установлены решётки, улавливащие крупный мусор

За мутным пластиком можно разглядеть собранное решёткой. Выделяются бумага и этикетки

Принесённое водой

А вода двигается дальше, следующий шаг - песколовки. Задача этого этапа собрать грубые примеси и песок - всё то, что прошло мимо решёток. Перед выпуском из песколовок в воду добавляют химические реагенты для удаления фосфора. Далее вода направляется в первичные отстойники, в которых отделяются взвешенные и плавающие вещества.

Первичные остойники завершают первый этап очистики - механический и частично - химический. Отфильтрованная и отстоявшаяся вода не содержит в себе мусора и механических примесей, но в ней по прежнему полно не самой полезной органики, а так же обитает множество микроорганизмов. От этого всего тоже необходимо избавится, и начинают с органики...

Конструкция на переднем плане медленно двигается вдоль бассейна

Первичные отстойники. Вода в канализации имеет температуру около 15-16 градусов, от неё активно идёт пар, так как температура окружающего воздуха ниже

Процесс биологической очистки проходит в аэротенках - это такие здоровенные ванные, в котороые заливают воду, закачивают воздух и запускают «активный ил» - коктейль из простейших микроорганизмов, заточенных на переваривание именно тех химических соединений, от которых нужно избавиться. Воздух, закачиваемый в тенки, нужен для повышения активности микроорганизмов, в таких условиях они почти полностью «переваривают» содержимое ванной за пять часов. Далее биолически очищеную воду направляют во вторичные отстойники, где от неё отделяют активный ил. Ил снова отправляется в аэротенки (кроме излишков, которые сжигают), а вода попадает на последнюю стадию очистки - обработку ультрафиолетом.

Аэротенки. Эффект "кипения" из-за активной закачки воздуха

Диспетчерская. С высоты видно всю станцию

Вторичный отстойник. Вода в нём почему-то очень привлекает птиц

На Юго-Западных Очистных Сооружениях на этом этапе так же проводится субъектиный контроль качества очистки. Выглядит это следующим образом - очищенную и обеззараженную воду заливают в небольшой аквариум, в котором сидят несколько раков. Раки - существа очень привередливые, на грязь в воде реагируют немедленно. Поскольку эмоции ракообразных люди различать пока не научились, используется более объективная оценка - кардиограмма. Если вдруг несколько (защита от ложных срабатываний) раков испытали сильный стресс, значит с водой что-то не так, и нужно срочно разбираться, какой из этапов очистки дал сбой.

Но это ситуация нештатная, а при обычном порядке вещей уже чистая вода отправляется в Финский залив. Да, насчёт чистоты. Хоть раки в такой воде и существуют, и микробы-вирусы все из неё удалены, пить её все же не рекомендуется . Тем не менее, вода полностью соответствует экологическим стандартам ХЕЛКОМ (коннвенции по защите Балтики от загрязнения), что за последние годы уже положительно сказалось на состоянии Финского Залива.

Зловещий зелёный свет обеззараживает воду

Рак-детектор. К панцирю прикреплена не обычная верёвка, а кабель, по которому передаются данные о состоянии животного

Клац-клац

Скажу ещё пару слов насчет утилизации всего того, что из воды отфильтровывается. Твёрдые отходы отвозят на полигоны-свалки, а вот всё остальное сжигают на заводе, расположенном на территории очистных сооружений. В топку отправляются обезвоженный осадок из первичных отстойников и избытки активного ила из вторичных. Сжигание происходит при относительно высокой температуре (800 градусов) для максимального сокращения вредных веществ в выхлопе. Удивительно, что из всего объема помещений завода печки занмают лишь незначительную часть, около 10%. Всё остальные 90% отданы огромной системе разнообразных фильтров, отсеивающих все возможные и невозможные вредные вещества. На заводе, кстати, внедрена аналогичная субъективная система «контроля качества». Только детекторами выступают уже не раки, а улитки. Но принцип действия в общем и целом такой же - если содержание вредных веществ на выходе из трубы будет выше допустимого, организм моллюсска сразу же отреагирует.

Печи

Продувочные задвижки котла-утилизатора. Назначение до конца не ясно, но как эффектно выглядят!

Улитка. Над головой у неё трубка, из которой капает вода. А рядом ещё одна, с выхлопом

P. S. Один из самых популярных вопросов, которые задавали к анонсу - "Ну чё там с запахом? Воняет, да?". Запахом я оказался в некотором роде даже разочарован:) Неочищенное содержимое канализации (на самом первом фото) практически не пахнет. На территории станции запах, конечно, присутствует, но очень умеренный. Сильнее всего (и это уже ощутимо!) воняет обезвоженный осадок из первичных отстойников и активный ил - то, что отправляется в печку. Поэтому, кстати, их и начали сжигать, полигоны, на которые раньше свозили ил, давали уж очень неприятный запах для окрестностей...

Другие интересные посты на тему промышленности и производства.

Прежде чем рассматривать конкретные примеры очистных сооружений, необходимо определить, что означают понятия «крупнейший, крупный, средний и малый город».

Для крупнейших городов с населением более I млн чел. количество сточных вод превышает 0,4 млн м 3 /сут, для крупных городов с населением от 100 тыс. до I млн чел. количество сточных вод составляет 25-400 тыс. м 3 /сут. В средних городах проживают 50- 100 тыс. человек, а количество сточных вод - Ю-25 тыс. м 3 /сут. В малых городах и поселках городского типа число жителей от 3 до 50 тыс. чел. (с возможной градацией 3- Ю тыс. чел.; Ю-20 тыс. чел.; 25-50 тыс. чел.). При этом расчетное количество сточных вод изменяется в достаточно широком диапазоне: от 0,5 до 10-15 тыс. м 3 /сут.

Доля малых городов в Российской Федерации составляет 90% от общего числа городов. Необходимо также учитывать, что система водоотведения в городах может быть децентрализованной и иметь несколько очистных сооружений.

Рассмотрим наиболее показательные примеры крупных очистных сооружений в городах Российской Федерации: Москве, Санкт-Петербурге, Новгороде.

Курьяновская станция аэрации (КСА), Москва - старейшая и крупнейшая станция аэрации в России, на ее примере можно наглядно изучить историю развития техники и технологии очистки сточных вод в нашей стране. Площадь, занимаемая станцией, составляет 380 га; проектная производительность - 3,125 млн м 3 /сут, из них почти 2 /з составляют хозяйственно-бытовые и "/ 3 - промышленные сточные воды. В составе станции имеются четыре самостоятельных блока сооружений.

На рис. 17.3 и 17.4 приведены технологические схемы очистки сточных вод и обработки осадков Курьяновской станции аэрации.

Технология очистки сточных вод включает следующие основные сооружения: решетки, песколовки, первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники, сооружения для обеззараживания сточных вод. Часть биологически очищенных сточных вод проходит доочистку на зернистых фильтрах.

На КСА установлены механизированные решетки с прозорами 6 мм. На станции эксплуатируются песколовки трех типов - вер-

Рис. 17.3.

• 1 - решетка; 2 - песколовка; 3 - первичный отстойник; 4 - аэротенк;
• 5 - вторичный отстойник; 6 - плоское щелевое сито; 7 - скорый фильтр;
• 8 - регенератор; 9 - главное машинное здание ЦБО; 10 - илоуплотнитель; 11- гравитационный ленточный сгуститель; 1 2 - узел приготовления раствора флокулянта; 13 - сооружения промводопровода; 14 - цех обработки песка;
• 15 - поступающая сточная вода; 16 - промывная вода со скорых фильтров;
• 17 - песковая пульпа; 18 - вода из цеха песка; 19 - плавающие вещества; 20 - воздух; 21 - осадок первичных отстойников на сооружения по обработке осадка; 22 -циркуляционный активный ил; 23 - фильтрат; 24 - обеззараженная техническая вода; 25 - техническая вода; 26 - воздух; 27 - сгущенный активный ил на сооружения обработки осадка; 28 - обеззараженная техническая вода в город; 29 - очищенная вода в р. Москву;
• 30 - доочищенная сточная вода в р. Москву

тикальные, горизонтальные и аэрируемые. В качестве первичных отстойников используются отстойники радиального типа диаметром 33, 40 и 54 м. Проектная продолжительность отстаивания составляет 2 ч. Первичные отстойники в центральной части имеют встроенные преаэраторы.

Биологическая очистка сточных вод осуществляется в четырехкоридорных аэротенках-вытеснителях, процент регенерации составляет от 25 до 50%. Воздух для аэрации в аэротенки подается через фильтросные пластины, в ряде секций аэротенков установлены трубчатые полиэтиленовые аэраторы фирмы «Экополимер», тарельчатые аэраторы фирм «Грин-фрог» и «Патфил». Одна из секций аэротенков реконструирована для работы по одноиловой системе нитри-денитрификации, в которой также предусмотрена система удаления фосфатов.

Вторичные отстойники, как и первичные, приняты радиального типа диаметром 33, 40 и 54 м. Доочистке подвергается около 30% биологически очищенных сточных вод.

Рис. 17.4.

• 1 - загрузочная камера метантенка; 2 - метантенк; 3 - выгрузочная камера метантенков; 4 - газгольдер; 5 - теплообменник; 6 - камера смешения;
• 7 - промывной резервуар; 8 - уплотнитель сброженного осадка; 9 - фильтрпресс; 10 - узел приготовления раствора флокулянта; 11 - иловая площадка; 12 - осадок первичных отстойников; 13 - избыточный активный ил; 14 - газ на свечу; 15 - газ брожения в котельную станции аэрации; 16 - техническая вода; 17 - песок на песковые площадки; 18 - воздух; 1 9 - фильтрат;
• 20 - сливная вода; 21 - иловая вода в городскую канализацию

Для сбраживания осадка на КСА используются метантенки, работающие в термофильном режиме, из монолитного железобетона с земляной обсыпкой и наземные диаметром 18 м с термоизоляцией стен. Выделяющийся газ отводится в местную котельную. После сбраживания 40-45% направляется на иловые площадки, а 55-60% - в цех механического обезвоживания. Механическое обезвоживание осадков осуществляется на фильтрпрессах.

Люберецкая станция аэрации (ЛбСА), Москва. Более 40% сточных вод Москвы и крупных городов Московской области очищаются на Люберецкой станции аэрации (ЛбСА), расположенной в пос. Некрасовка Московской области.

Люберецкие поля орошения были построены в довоенные годы. В 1959 г. здесь было начато строительство ЛбСА. Технологическая схема очистки сточных вод на ЛбСА практически не отличается от принятой схемы на КСА и включает следующие сооружения: решетки, песколовки, первичные отстойники с преаэраторами, аэротенки-вытеснители, вторичные отстойники, сооружения по обработке осадка и обеззараживания сточных вод. В 1984 г. были построены первый, а затем и второй блок сооружений Новолюберецкой станции аэрации (НЛбСА), в настоящее время пропускная способность ЛбСА составляет 3,125 млн м 3 /сут.

На станции установлены новые зарубежные и отечественные мелкопрозорные механизированные решетки (4-6 мм). Впервые на втором блоке НЛбСа применена современная одноиловая схема нитри-денитрификации с двумя ступенями нитрификации, где около 1 млн м 3 /сут сточных вод подвергаются глубокой биологической очистке с удалением биогенных элементов из очищенных сточных вод.

Основными технологическими процессами обработки осадков сточных вод на ЛбСА являются: гравитационное уплотнение избыточного активного ила и сырого осадка; термофильное сбраживание; промывка и уплотнение сброженного осадка; полимерное кондиционирование; механическое обезвреживание на рамных фильтр-прессах; депонирование; естественная сушка (аварийные иловые площадки).

Центральная станция аэрации, Санкт-Петербург. Очистные сооружения Центральной станции аэрации Санкт-Петербурга находятся в устье р. Невы на искусственно намытом острове Белом. Станция введена в эксплуатацию в 1978 г.; проектная пропускная способность - 1,5 млн м 3 /сут была достигнута в 1985 г. Площадь застройки составляет 57 га.

Технологическая схема очистки сточных вод и обработки осадков Центральной станции аэрации Санкт-Петербурга представлена на рис. 17.5.

В состав сооружений механической очистки входят: приемная камера, здание механизированных решеток, песколовки, первичные отстойники диаметром 54 м, аэротенки длиной 192 м. Подача воздуха в аэротенки осуществляется через мелкопузырчатые аэраторы. Регенерация активного ила составляет 33%. После вторичных отстойников через камеру выпусков очищенная сточная вода сбрасывается в р. Неву. Механическое обезвоживание осадков и активного ила осуществляется на центрипрессах. В цехе сжигания осадка установлены печи с псевдоожиженным слоем.

Рис. 17.5.

• 1 - главная насосная станция; 2 - приемная камера; 3 - механизированные решетки; 4 - горизонтальные аэрируемые песколовки; 5 - радиальные первичные отстойники; 6 - трехкоридорные аэротенки; 7 - радиальные вторичные отстойники; 8 - камера выпусков; 9 - насосная станция цеха обработки осадка; 10 - цех обработки осадка; 11 - илоуплотнители; 12 - насосная станция уплотненного ила; 13 - песковые площадки; 14 - павильон шахтных камер;
• 15 - блок насосно-воздуходувной станции; 16 - резервуар ативного ила;
• --сточная вода;-----активный ил; - осадок;
• -------уплотненный ил

Примеры очистных сооружений

Станции пропускной способностью 70-280 тыс. м 3 /сут. ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые станции для биологической очистки сточных вод пропускной способностью 25-280 тыс. м 3 /сут. Сооружения запроектированы в сблокированном варианте (блоки первичных отстойников, блоки аэротенков и вторичных отстойников - при горизонтальных и радиальных отстойниках) или в виде отдельно расположенных емкостей (радиальные круглые отстойники). Все сооружения выполняются из сборных железобетонных элементов. Генеральный план станции пропускной способностью 70-100 тыс. м 3 /сут с горизонтальными отстойниками представлен на рис. 17.6.

Дезинфекция сточной жидкости предусматривается жидким хлором. Обработка осадка принята с аэробной минерализацией, центрифугированием и компостированием. Возможны варианты: со сбраживанием в метантенках и механическим обезвоживанием; с термической сушкой по методу встречных газовых струй и последующей сушкой на иловых площадках.

В составе комплекса очистных сооружений проектируются производственные и производственно-вспомогательные здания.

Станции пропускной способностью 25-70 тыс. м 3 /сут разработаны в двух вариантах: с горизонтальными и радиальными отстойниками.

Первый вариант требует меньшей площади для размещения технологических емкостей, сокращается число и протяженность коммуникаций, обеспечивается возможность организации строительства поточным методом. На рис. 17.7 показан генеральный план станции биологической очистки сточных вод пропускной способностью 25-70 тыс. м 3 /сут. В состав сооружений очистки сточных вод входят механизированные решетки типа МГ, песколовки с круговым движением и первичные радиальные отстойники. Биологическая очистка сточных вод проводится в аэротенках с нелинейно рассредоточенным впуском сточной воды и пневматической аэрацией. Дезинфекция сточных вод предусматривается жидким хлором.

Для обработки осадков сточных вод и ила предусмотрено их сбраживание в метантенках при термофильном режиме с последующей сушкой на иловых площадках. Кроме очистных сооружений на территории станции располагаются: насосная станция сырого осадка, насосно-воздуходувная станция, газгольдер, котельная, хлораторная, блок производственных и бытовых помещений. Производственно-вспомогательные здания и сооружения предусматриваются в составе комплекса очистных сооружений.

Станции пропускной способностью 1000-25 000 м 3 /сут. В средних городах проживает 50-100 тыс. человек, а количество сточных вод составляет 10-25 тыс. м 3 /сут.

ОАО ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан проект станций очистки сточных вод пропускной способностью 1000-25 000 м 3 /сут, которые включают следующие сооружения:

Рис. 17.Б. Генплан станции пропускной способностью 25-70 тыс. м 3 /сут:

• 1 - приемная камера; 2 - здание на четыре механизированные решетки МГ-11Т }