Наилучшие доступные технологии очистки сточных вод: опыт внедрения АО «Мосводоканал»

22 января 2020

М. В. Кевбрина1, А. М. Гаврилин2, А. Г. Дорофеев3, М. Н. Козлов4, В. Г. Асеева5

1 Кевбрина Марина Владимировна, кандидат биологических наук, начальник отдела очистки сточных вод, Инженерно-технологический центр управления новой техники и технологий, АО «Мосводоканал»
115487, Россия, Москва, проспект Андропова, 38, корп. 4, тел.: (499) 263-93-50, e-mail: kevbrina_mv@mosvodokanal.ru

3 Дорофеев Александр Геннадиевич, кандидат биологических наук, главный специалист отдела очистки сточных вод, Инженерно-технологический центр Управления новой техники и технологий, АО «Мосводоканал»
115487, Россия, Москва, проспект Андропова, 38, корп. 4, тел.: (499) 261-01-27, e-mail: dorofeev_ag@mosvodokanal.ru

4 Козлов Михаил Николаевич, кандидат технических наук, советник директора по научно-техническому развитию водных технологий, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук
117312, Россия, Москва, проспект 60-летия Октября, 7, корп. 2, тел.: (967) 249-83-58, e-mail: mnkozlov@fbras.ru

5 Асеева Вера Георгиевна, кандидат биологических наук

Переход с 2019 г. на технологическое нормирование (Федеральный закон № 219-ФЗ) обязывает природопользователей внедрять наилучшие доступные технологии. Современные технологии очистки городских сточных вод, обеспечивающие удаление азота и фосфора, применяются в России только на небольшом количестве (менее 10%) очистных сооружений. При переходе на технологическое нормирование перед многими водоканалами встанет вопрос модернизации очистных сооружений. Для выбора оптимальной технологической схемы очистки будет полезен успешный практический опыт водоканалов, где на очистных сооружениях уже используются НДТ. Внедрение современных методов очистки сточных вод является приоритетной задачей для АО «Мосводоканал». В течение длительного периода на предприятии разрабатывалась и адаптировалась с учетом условий московских очистных сооружений технологическая схема очистки сточных вод с удалением биогенных элементов (азота и фосфора), являющаяся наилучшей доступной технологией. Это позволило внедрить данную технологию на Люберецких и Курьяновских очистных сооружениях – крупнейших и сверхкрупных объектах, а также на малых и средних очистных сооружениях поселков Минзаг и Щапово (ТиНАО г. Москвы). Специалисты АО «Мосводоканал» провели предпроектную разработку реконструкции аэротенков очистных сооружений г. Череповца и локальных очистных сооружений монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область) с внедрением технологии удаления биогенных элементов. Практический опыт, накопленный в АО «Мосводоканал», показывает, что наилучшие доступные технологии разработаны, могут внедряться и успешно работать.

Ключевые слова: наилучшие доступные технологии, биологическая очистка сточных вод, технологическое нормирование, канализационные очистные сооружения, азот и фосфор.

С 1 января 2019 г. вступил в действие Федеральный закон от 21 июля 2014 г. № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты РФ» о переходе канализационных очистных сооружений производительностью свыше 20 тыс. м3/сут (I категория природопользователей) на нормирование по комплексным экологическим разрешениям, т. е. по технологическим нормативам наилучших доступных технологий в соответствии с Информационно-техническим справочником по НДТ (ИТС 10-2015 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов»). Для природопользователей с очистными сооружениями производительностью ниже 20 тыс. м3/сут (II категория) предусматривается право перехода на технологическое нормирование по НДТ.

Анализ работы очистных сооружений городских сточных вод показывает, что современные технологии, обеспечивающие удаление азота и фосфора, применяются только на небольшом количестве (менее 10%) объектов России . При переходе на технологическое нормирование перед многими водоканалами встанет вопрос не только о модернизации очистных сооружений для внедрения современных технологий, но и об эффективности этих мероприятий для обеспечения достижения нормативов. Для выбора оптимальной технологической схемы очистки будет полезен практический опыт водоканалов, где на очистных сооружениях уже внедрены наилучшие доступные технологии.

Цель статьи – осветить опыт АО «Мосводоканал» по внедрению НДТ на сооружениях разного масштаба.

В справочнике ИТС 10-2015 для очистных сооружений разной производительности, которые используют разные категории водных объектов для сброса, приводятся различные технологии. Основная группа водных объектов относится к категории Б. Поэтому рассмотрим требования по внедрению НДТ для очистных сооружений, использующих в качестве водоприемников водные объекты данной категории.

Для I категории очистных сооружений, в которую входят сооружения очистки сточных вод централизованных систем водоотведения, начиная с больших (большие, крупные, крупнейшие и сверхкрупные), т. е. производительностью свыше 10 тыс. м3/сут, в ИТС 10-2015 регламентируются следующие наилучшие доступные технологии:

НДТ 7е – очистка с биологическим удалением азота и фосфора с ацидофикацией;

НДТ 7ж – очистка с биологическим удалением азота и биолого-химическим удалением фосфора;

НДТ 7з – очистка с биологическим удалением азота и биолого-химическим удалением фосфора с ацидофикацией.

Для данных технологий технологические показатели (среднегодовые значения) и нормативы приведены в табл. 1 в соответствии с ИТС 10-2015.

Таблица 1

Технологический показатель, мг/л, не более

НДТ 7д – 7з

Взвешенные вещества

БПК5

ХПК

Азот аммонийных солей

Азот нитратов

9 (11 при соотношении N–NH4 и БПК5 более 0,25)

Азот нитритов

0,1

Фосфор фосфатов

0,7

Для II категории очистных сооружений, в которую входят сооружения очистки сточных вод централизованных систем водоотведения от сверхмалых до больших (сверхмалые, малые, небольшие и средние), т. е. производительностью ниже 10 тыс. м3/сут, в ИТС 10-2015 регламентируются следующие наилучшие доступные технологии:

НДТ 8а – полная биологическая очистка для сверхмалых сооружений производительностью 10–100 м3/сут;

НДТ 8в – полная биологическая очистка с удалением азота для малых, небольших и средних сооружений производительностью 100–10000 м3/сут.

Для данных технологий технологические показатели (среднегодовые значения) и нормативы приведены в табл. 2 в соответствии с ИТС 10-2015.

Таблица 2

Технологический показатель, мг/л, не более

НДТ 8а

НДТ 8в

Взвешенные вещества

БПК5

ХПК

Азот аммонийных солей

1,5

Азот нитратов

Азот нитритов

0,25

0,25

Фосфор фосфатов

В АО «Мосводоканал» имеются очистные сооружения обеих категорий. К I категории относятся Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения, являющиеся сверхкрупными оъектами (проектная производительность каждого до 3 млн м3/сут) и состоящие из крупнейших блоков (500–600 тыс. м3/сут), а также крупные очистные сооружения Зеленограда (проектная производительность 140 тыс. м3/сут) и района Южное Бутово (проектная производительность 80 тыс. м3/сут). К II категории относятся очистные сооружения ТиНАО г. Москвы: поселков Минзаг (малые сооружения проектной производительностью 500 м3/сут) и Щапово (небольшие сооружения проектной производительностью 2 тыс. м3/сут). На всех этих объектах внедрены НДТ в соответствии с требованиями справочника ИТС 10-2015.

Следует отметить, что в Москве сточные воды являются низко концентрированными по органическому веществу. Поэтому для московских очистных сооружений крайне актуальна ацидофикация, позволяющая увеличить содержание биологически доступного органического вещества в сточной воде, что выражается в увеличении соотношения БПК5/N и БПК5/Р. Таким образом, эффективность процессов денитрификации и дефосфотации повышается.

Люберецкие очистные сооружения (ЛОС) г. Москвы

Блок удаления биогенных элементов (БУБЭ) ЛОС проектной производительностью 0,5 млн м3/сут строился сразу по технологии удаления биогенных элементов (рис. 1). На блоке внедрена технология НДТ 7е – очистка с биологическим удалением азота и фосфора с ацидофикацией. С 2006 г. блок работает по технологии UCT (схема Кейптаунского университета) – биологическое удаление азота и фосфора. В 2012 г. на блоке внедрен процесс UCT-К, альтернативный процессу ацидофикации (АО «Мосводоканал» заключил лицензионный договор на право использования изобретения № 2424199 «Способ биологической очистки сточных вод активным илом», в котором запатентован способ очистки с проведением ферментации осадка в анаэробной зоне аэротенка, работающего по схеме UCT). Работа аэротенков блока и качество очистки были подробно описаны ранее . Необходимо отметить, что достигнутая эффективность очистки воды соответствует нормативам.

Курьяновские очистные сооружения (КОС) г. Москвы

Новые Курьяновские очистные сооружения (НКОС) состоят из двух блоков: НКОС-1 и НКОС-2, которые были построены и запущены в эксплуатацию по технологической схеме окисления органических загрязнений в 1971 и 1977 годах соответственно. Общая производительность блоков составляла 2 млн м3/сут.

В период 2012–2022 годов проходит поэтапная реконструкция этих блоков с внедрением технологии удаления биогенных элементов с ацидофикацией (НДТ 7е). В проекте заложена реконструкция аэротенков с внедрением анаэробной, аноксидной и аэробной зон по схеме UCT, а также перевод части первичных отстойников во вторичные отстойники, уплотнителей активного ила в ацидофикаторы, замена воздуходувного оборудования, реконструкция песколовок и решеток, внедрение системы автоматизации процессов.

Как известно из технической литературы и практического опыта эксплуатации , при переходе на современные технологии в существующих объемах аэротенков приходится снижать производительность сооружений, так как реализация четырех процессов (окисление органических соединений, нитрификация, денитрификация, биологическое удаление фосфора) требует большего времени очистки, чем предусмотрено старыми проектами. Производительность НКОС после реконструкции будет составлять 1,2 млн м3/сут (60% от производительности блока до реконструкции).

В ноябре 2014 г. закончены работы по реконструкции аэротенков НКОС-1 (рис. 2). В январе 2015 г. была полностью перераспределена нагрузка с НКОС-2 на НКОС-1, сооружения НКОС-2 были выведены на реконструкцию.

В период реконструкции НКОС-2 гидравлическая нагрузка на НКОС-1 составляла 800–1000 тыс. м3/сут. В связи с этим реализация технологии совместного удаления азота и фосфора в аэротенках НКОС-1 не была возможной (ранее предполагалось, что на период реконструкции НКОС-2 будет использоваться окислительная схема очистки). Тем не менее технологические расчеты показали, что в данных условиях может быть реализована технология нитри-денитрификации с выделением двух зон – аноксидной и аэробной. В марте 2015 г. были проведены работы по переводу аэротенков НКОС-1 на технологическую схему нитри-денитрификации с гидравлической нагрузкой 800 тыс. м3/сут. Подробно ввод сооружений в эксплуатацию по технологии нитри-денитрификации описан в статье , где сделан вывод о целесообразности работы технологической схемы нитри-денитрификации в период реконструкции.

По сравнению с традиционной окислительной схемой денитрификация позволяет обеспечить большую эффективность удаления азота (по сумме трех неорганических форм). В конце 2017 г. была закончена реконструкция аэротенков НКОС-2. Однако реконструкция блока остается незавершенной: часть первичных отстойников не переведена во вторичные отстойники, уплотнители активного ила – в ацидофикаторы, не проведена реконструкция песколовок и решеток, не завершено внедрение системы автоматизации процессов. Поэтому аэротенки НКОС-2 были введены с эксплуатацию по технологии нитри-денитрификации, как и аэротенки блока НКОС-1.

В июне 2018 г., несмотря на незавершенность реконструкции, оба блока сооружений (НКОС-1 и НКОС-2) были переведены на технологию биологического удаления биогенных элементов (NPR-технология), разработанную специалистами АО «Мосводоканал» и прошедшую испытания в 2002–2004 годах на аэротенке № 14 Люберецких очистных сооружений. В этих условиях, несмотря на недостаток органического вещества в сточной воде, процесс совместного удаления азота и фосфора в аэротенках протекает, удаление фосфора фосфатов происходит в среднем на 90%, аммонийного азота на 98%. Качество очистки на блоках НКОС-1 и НКОС-2 близко к существующим в данный момент нормативам (ПДКрыбхоз) и соответствует технологическим нормативам НДТ (табл. 3).

Таблица 3

Показатель, мг/л

Поступающая вода

Очищенная вода

ПДКрыбхоз

Технологический норматив НДТ

Взвешенные вещества

90–115

6–9

ХПК

300–340

40–50

БПК5

80–120

1,2–2,2

2,1

N–NH4

28–35

0,3–0,4

0,4

N–NO2

0,02–0,05

0,02

0,1

N–NO3

9–12

9,1

9–11

Р–РО4

2,1–3,3

0,25–0,31

0,2

0,7

Очистные сооружения Зеленограда и района Южное Бутово г. Москвы

В 1998 г. введены в эксплуатацию комплексы очистных сооружений района Южное Бутово (проектная производительность 80 тыс. м3/сут) и в Зеленограде (проектная производительность 140 тыс. м3/сут) с технологией очистки сточных вод от биогенных элементов. Сооружения построены по системе ВООТ («строить, владеть, эксплуатировать, передавать») (рис. 3, 4). По справочнику ИТС 1-02015 технология соответствует НДТ 7ж – очистка с биологическим удалением азота и биолого-химическим удалением фосфора. Качество очистки соответствует существующим в данный момент нормативам (ПДКрыбхоз) и технологическим нормативам НДТ. Данные по концентрации загрязняющих веществ в поступающей и очищенной воде очистных сооружений Зеленограда и Южное Бутово приведены в табл. 4.

Очистные сооружения поселков Минзаг и Щапово (ТиНАО г. Москвы)

Очистные сооружения пос. Минзаг были запущены в 2015 г. (рис. 5). По справочнику ИТС 10-2015 для малых очистных сооружений регламентируется НДТ 8в – полная биологическая очистка с удалением азота. На сооружениях внедрена технология биологического удаления азота в мембранном биореакторе и химического удаления фосфора. Работа сооружений подробно описана в . Качество очищенных вод соответствует существующим на данный момент нормативам ПДКрыбхоз (табл. 5). Технологический норматив НДТ является более «мягким» по сравнению с нормативом ПДКрыбхоз; фосфор фосфатов для данной технологии не нормируется. При переходе на технологическое нормирование по НДТ на данных сооружениях возможен отказ от химического удаления фосфора. Биологическое удаление азота в мембранном биореакторе позволяет обеспечить качество очищенной воды как для действующих нормативов, так и для технологического нормирования по НДТ.

Таблица 5

Показатель, мг/л

Поступающая вода

Очищенная вода

ПДКрыбхоз

Технологический норматив НДТ

Взвешенные вещества

ХПК

БПК5

2,1

N–NH4

0,3

0,4

1,5

N–NO2

0,015

0,02

0,25

N–NO3

9,0

9,1

Р–РО4

4,1

0,2

0,2

Очистные сооружения пос. Щапово производительностью 2000 м3/сут были запущены в 2017 г. (рис. 6). По справочнику ИТС 10-2015 для небольших очистных сооружений регламентируется НДТ 8в – полная биологическая очистка с удалением азота. На сооружениях внедрена технология биологического удаления азота и химического удаления фосфора с доочисткой на зернистых фильтрах и мембранных модулях. В состав технологической линии входят комбинированные решетки-песколовки, аэротенки с зонами нитрификации и денитрификации, вторичные отстойники, блок подачи реагента, блок доочистки с зернистыми фильтрами и мембранными модулями, блок ультрафиолетового обеззараживания. Качество очищенной воды соответствует существующим на данный момент нормативам ПДКрыбхоз и технологическим нормативам НДТ (табл. 6).

Таблица 6

Показатель, мг/л

Поступающая вода

Очищенная вода

ПДКрыбхоз

Технологический норматив НДТ

Взвешенные вещества

ХПК

БПК5

1,8

2,1

N–NH4

0,3

0,4

1,5

N–NO2

0,02

0,02

0,25

N–NO3

6,7

9,1

Р–РО4

4,3

0,2

0,2

Таким образом, на московских очистных сооружениях, как крупнейших и сверхкрупных, так и малых и небольших по производительности, внедрены и внедряются наилучшие доступные технологии, позволяющие обеспечить нормативное качество очищенной сточной воды. Практический опыт реализации современных технологий позволил АО «Мосводоканал» распространить эту практику на очистных сооружениях других городов. Примерами успешного внедрения специалистами АО «Мосводоканал» технологий очистки сточных вод с удалением биогенных элементов могут являться очистные сооружения г. Череповца и мужского монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область).

Комплекс очистных сооружений канализации г. Череповца

Комплексные очистные сооружения г. Череповца включают в себя Правобережный (проектная производительность 124 тыс. м3/сут) и Левобережный (проектная производительность 120 тыс. м3/сут) участки, которые строились и вводились в работу поэтапно с 1965 по 1986 г. Технологическая схема очистки предусматривала полное биологическое окисление.

В 2015–2016 годах, согласно разработанной специалистами АО «Мосводоканал» предпроектной документации, проведена реконструкция двух аэротенков по технологии биологического удаления азота и фосфора, соответствующая НДТ 7е (технология UCT): первая секция первой очереди Левобережного участка (15 тыс. м3/сут, рис. 7) и третья секция первой очереди Правобережного участка (22 тыс. м3/сут). Специалистами АО «Мосводоканал» на реконструированных сооружениях проведены пусконаладочные работы, ведется постоянная консультационная поддержка, технологическое и инженерное сопровождение эксплуатационных служб. Работа сооружений подробно описана в . Качество очищенной воды в аэротенках близко к действующим в данный момент нормативам (ПДКрыбхоз) и соответствует технологическим нормативам НДТ (табл. 7). Оба реконструированных аэротенка работают стабильно, обеспечивая высокое качество очистки.

Таблица 7

Показатель, мг/л

Поступающая вода

Очищенная вода

ПДКрыбхоз

Технологический норматив НДТ

Взвешенные вещества

161–202

12–16

ХПК

218–342

33–37

БПК5

120–160

1,8–2,2

2,1

N–NH4

22–25

0,25–0,34

0,4

N–NO2

0,01–0,015

0,02

0,1

N–NO3

7,5–8,9

9,1

9–11

Р–РО4

0,7–2,6

0,2–0,4

0,2

0,7

Очистные сооружения мужского монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область)

Очистные сооружения мужского монастыря Оптина Пустынь (г. Козельск, Калужская область) имеют производительность 80–100 м3/сут. Для сверхмалых очистных сооружений по справочнику ИТС 10-2015 регламентируется НДТ 8а – полная биологическая очистка. Специалистами АО «Мосводоканал» были проведены работы по обследованию сооружений, разработке оптимальной схемы очистки стоков и эскизной документации по реконструкции и модернизации сооружений биологической очистки сточных вод монастыря для внедрения технологии нитри-денитрификации с реагентным удалением фосфора для достижения действующих нормативов ПДКрыбхоз.

К настоящему времени на сооружениях реконструированы аноксидный и аэробный блоки (рис. 8). В ближайшее время планируется реконструкция узла дозирования реагента для удаления фосфора фосфатов. Работа сооружений подробно описана в . После реконструкции качество очищенной воды очистных сооружений соответствует нормативу ПДКрыбхоз (табл. 8) по большинству показателей. При переходе на технологическое нормирование по НДТ качество очищенной воды будет соответствовать нормативному по всем нормируемым показателям.

Таблица 8

Показатель, мг/л

Поступающая вода

Очищенная вода

ПДКрыбхоз

Технологический норматив НДТ

Взвешенные вещества

ХПК

БПК5

2,5

2,1

N–NH4

0,41

0,4

N–NO2

0,07

0,02

0,25

N–NO3

8,8

9,1

Р–РО4

5,8

0,88

0,2

Выводы

Практический опыт показывает, что наилучшие доступные технологии, разработанные и внедренные в АО «Мосводоканал», могут успешно применяться при модернизации канализационных очистных сооружений на других объектах. Осуществить переход на НДТ возможно как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих сооружений с минимальными затратами. НДТ позволяют обеспечивать нормативное качество очистки на объектах разной производительности – от сверхмалых до крупнейших и сверхкрупных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Данилович Д. А., Эпов А. Н., Канунникова М. А. Применение основных технологий на сооружениях очистки сточных вод: анализ данных в целях технологического нормирования // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2015. № 3–4. С. 20–30.

6. Данилович Д. А. Блок удаления биогенных элементов Люберецких очистных сооружений г. Москвы – этапы внедрения современных технологий // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2014. № 2. С. 20–37.

7. Данилович Д. А., Харькин С. В. Пути достижения технологических показателей НДТ в объемах существующих сооружений биологической очистки городских сточных вод // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2017. № 1. С. 39–53.

Общая информация

Наилучшие доступные технологии (НДТ) – это такие технологии производства, которые определяют, основываясь на последних достижениях науки и сочетания критериев охраны окружающей среды, с возможностью технического их применения.

Более официальное определение НДТ можно найти в Федеральном законе от 21 июля 2014 года № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации». Звучит оно следующим образом: «НДТ – это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения целей охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности её применения».

Перечень основного технологического оборудования, которое применяется в случае использования НДТ, утвержден Правительством РФ. Данное распоряжение вступило в силу начиная с 1 января 2019 года. В перечень вошло оборудование и устройства природоохранного значения. Кроме того, в документе упоминается оборудование, которое предназначается для выполнения основных технологических операций при проведении химических, физико-химических и других технологических процессов.

Заказать услуги по экологии

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *