Оборудование KSB для реализации современных технологий биологической очистки сточных вод

В традиционной практике очистки городских хозяйственно-бытовых сточных вод наибольшее распространение получили технологии со свободно плавающим активным илом (система аэротенк – отстойник). В аэротенке активный ил перемешивается и обеспечивается кислородом путем барботажа воздухом, за счет чего происходит очистка, затем – гравитационное разделение ила и очищенной воды во вторичных отстойниках. Для подобных систем, рассчитанных на очистку от органических и взвешенных веществ, потребность в энергомеханическом оборудовании минимальна.

В последние годы все большую актуальность приобретают вопросы повышения эффективности очистки сточных вод от биогенных элементов – азота и фосфора. Реализация технологических схем с удалением биогенных элементов влечет за собой некоторое усложнение конструкции и необходимость технического оснащения сооружений биологической очистки. Биореактор, работающий по принципу биологического удаления соединений азота и фосфора разделен на технологические зоны (в пространстве или во времени). Значительную часть объема биореактора составляют анаэробные и аноксичные зоны, где аэрация исключается. Таким образом, возникает задача поддержания активного ила во взвешенном состоянии в неаэрируемых зонах биореактора и предотвращения выпадения осадка. Необходимо также обеспечивать рециркуляцию иловой смеси из одной технологической зоны в другую. На практике эти задачи успешно решаются за счет применения погружного перемешивающего и насосного оборудования.

Обширная производственная программа KSB включает в себя погружные насосы (типоряд Amarex KRT) производительностью до 10 тыс. м3/ч и напором до 95 м, в том числе и высоковольтные агрегаты с напряжением питания 6000–10000 В. Погружные рециркуляционные насосы типоряда Amaline производительностью до 5400 м3/ч, напором до 2 м применяются на очистных сооружениях в аэротенках для рециркуляции в системах нитри-денитрификации, где рециркуляционные потоки характеризуются большим расходом перекачиваемой жидкости и малым напором. Номенклатура погружного перемешивающего оборудования обширна и включает в себя как небольшие компактные высокооборотные мешалки Amamix с диаметром пропеллера 215–600 мм и частотой вращения 475–1450 об/мин, так и крупные низкооборотные мешалки Amaprop с диаметром пропеллера 1200–2500 мм и частотой вращения 24–109 об/мин.

мешалка Amamix

Современные технологические процессы требуют применения новых конструкций мешалок с оптимальным рас- ходом энергии. С учетом этих требований специалисты компании KSB AG разработали погружную мешалку Amamix с высоким КПД. Конструкция мешалки соответствует высоким стандартам качества продукции компании. Мешалка с погружным электродвигателем, имеющая компактную обтекаемую форму, не требует частого технического обслуживания. Взаимозаменяемость конструкционных и стандартизированных деталей для канализационного хозяйства позволяет сократить количество запасных частей на складе. Самоочищающийся пропеллер с максимальным КПД, специально сконструированный для работы в бассейнах, предотвращает налипание и наматывание волокнистых веществ и включений, присутствующих в сточной воде. За счет высокого КПД требуется меньшее количество мешалок, благодаря чему сокращаются инвестиционные и эксплуатационные расходы.

мешалка Amaprop

Создание потоков и течений в больших объемах жидкости с обеспечением определенной скорости течения – это задача, с которой мешалки Amaprop справляются превосходно. Выполнение этой задачи обеспечивает пропеллер новой разработки, который имеет оптимальные гидравлические характеристики, рассчитан с применением современных методик математических моделей и абсолютно не подвержен поломкам. KSB AG – единственная фирма, которая производит высоконадежные пропеллеры монолитного исполнения, исключающего поломку лопастей. Увеличенное осевое усилие, создаваемое пропеллером новой конструкции, снижает затраты энергии на образование потоков с заданными характеристиками, что позволяет сократить количество устанавливаемых мешалок и тем самым уменьшить капитальные вложения. На сегодняшний день самая мощная на мировом рынке погружная мешалка, развивающая усилие осевого сдвига до 4952 H, это мешалка Amaprop (диаметр пропеллера 2500 мм, частота вращения 46 об/мин). Причем мощность двигателя этой мешалки составляет всего 6,5 кВт. Масса пропеллера меньше, чем масса пропеллеров других производителей с аналогичными показателями, что делает более удобным транспортировку, монтаж и техническое обслуживание. Моноблочная конструкция мешалок в сочетании с двойным торцевым уплотнением, камерой утечек между масляной камерой и редукторами, а также с надежными отлично зарекомендовавшими себя погружными электродвигателями, имеющими систему мониторинга и диагностики, обеспечивает максимальную эксплуатационную надежность. За счет этого интервалы в техническом обслуживании достигают 16 тыс. ч (два года эксплуатации), что по сравнению с другими мешалками соответствует сокращению затрат на техническое обслуживание в 2 раза. Для конкретного применения компания KSB AG поставляет не только мешалки, но и комплекты установочных деталей, необходимые для быстрого и надежного монтажа агрегата в правильном положении. Возможные варианты установки соответствуют всем требованиям и обеспечивают оптимальные условия создания потоков. Система крепежа мешалок и насосов позволяет производить их демонтаж для обслуживания и ремонта без опорожнения сооружения.

Не менее важной задачей обеспечения технологических режимов удаления биогенных элементов является поддержание заданного кислородного режима в биореакторах. Для этого применяется комплекс оборудования, как правило, включающий в себя воздухонагнетатели с регулируемой производительностью, запорно-регулирующую арматуру, воздуховоды, систему аэрации, приборы технологичес кого контроля. Работа такого комплекса осуществляется в автоматическом режиме в соответствии с принятыми схемами и алгоритмами управления. Точность дозирования и распределения воздуха во многом зависит от работы запорно-регулирующих устройств. К этим устройствам предъявляются следующие требования: плавность хода, устойчивость к климатическим условиям, адаптированность к современным системам автоматики.

затвор Isoria

Этим требованиям отвечают дисковые поворотные заслонки Isoria/Aquisoria/Mammouth, не требующие технического обслуживания и производимые отделением AMRI фирмы KSB AG. Данная арматура (диаметром 40–4000 мм) комплектуется для каждого конкретного случая ручным, электро- или пневмоприводом. Даже при большом диаметре кольцевая вставка (манжета) из эластомера с системой уплотнения по принципу Amring® обеспечивает надежное уплотнение. При этом с перекачиваемой средой соприкасаются только диск и сама кольцевая вставка, за счет чего достигается максимальная защита от износа даже при работе с агрессивными средами. Специальная форма манжеты обеспечивает уплотнение и герметичность как по валу арматуры, так и в фланцевых соединениях. Все это гарантирует высокую эксплуатационную надежность и длительный срок службы арматуры.

Благодаря высоким потребительским качествам, эксплуатационным характеристикам, конкурентному уровню цен и ориентированной на интересы заказчиков сервисной политике оборудование фирмы KSB успешно реализуется в России и во всем мире. В России одним из крупнейших объектов является блок биологической очистки с удалением азота и фосфора на Люберецких очистных сооружениях МГУП «Мосводоканал». KSB AG была выбрана поставщиком оборудования для нового блока Люберецких очистных сооружений по результатам международного конкурса, проведенного Департаментом градостроительной политики развития и реконструкции г. Москвы, в котором участвовали и другие известные производители подобного оборудования. До этого на МГУП «Мосводоканал» были успешно проведены производственные испытания мешалок и насосов, установленных на экспериментальном аэротенке №3 Курьяновских очистных сооружений (оборудование эксплуатируется с 2001 г.). В 2006 г. введен в эксплуатацию новый блок Люберецких очистных сооружений производительностью 500 тыс. м3/сут. Блок запроектирован на биологическое удаление азота и фосфора. Технологическая схема аэротенка-биореактора приведена на рисунке. В составе нового блокачетыре аэротенка-биореактора и семь вторичных отстойников. Аэротенк-биореактор включает четыре зоны: первая – анаэробная; вторая – денитрификатор; третья – нитрификатор; четвертая – нитрификатор. При этом вторая и третья зоны объединены в систему с круговым движением воды, так называемую «карусель». Применение карусельного принципа в системах нитри-денитрификации достаточно распространено в мировой практике. Организация кругового движения воды позволяет одновременно решить две задачи: перемешивание ила в денитрификаторе и рециркуляцию иловой смеси из нитрификатора в денитрификатор. Такая система позволяет минимизировать энергопотребление.

схема1

Данные сооружения являются одними из крупнейших в мире. Так, например, длина аэротенка-биореактора составляет 294 м. Под конфигурацию аэротенков-биореакторов нового блока биологической очистки Люберецких очистных сооружений было подобрано энергомеханическое оборудование (см. таблицу).

схема2

Для обеспечения кругового потока иловой смеси на новом блоке Люберецких очистных сооружений используются низкооборотные мешалки Amaprop с диаметром лопастей 2500 мм. Скорость потока в «карусели» диктуется требованием предотвратить расслоение и оседание ила. Как правило, скорость потока иловой смеси должна находиться в диапазоне 0,25–0,3 м/с. Замеры, проведенные специалистами МГУП «Мосводоканал» в процессе эксплуатации, показали, что скорость 0,25 м/с является достаточной, и для этого требуется 8–10 мешалок. Однако длительное снижение скорости в «карусели» в случае выхода из строя мешалок крайненежелательно. Это приведет к залеганию ила в неаэрируемой зоне «карусели», его последующему загниванию, а в итоге – к долговременному срыву технологического процесса очистки сточных вод, а также к необходимости ручной очистки и опорожнению резервуара, что не всегда возможно и значительно увеличивает эксплуатационные расходы. Наличие резервных мешалок позволяет осуществлять их быструю замену без нарушений технологического процесса. В анаэробной зоне аэротенка-биореактора функцию перемешивания выполняют высокооборотные мешалки Amamix. Каждая мешалка обеспечивает перемешивание локальной зоны, длина которой в данном случае составляет 15 м. Таким образом, в каждой анаэробной зоне установлено по 20 мешалок. Практика эксплуатации подтвердила теоретическую программу подбора оборудования.

Оптимальный подбор необходимого погружного перемешивающего оборудования для нового блока Люберецких очистных сооружений осуществлялся при помощи специальной компьютерной программы «Offert Mixers», разработанной специалистами фирмы. Программа производит расчет и подбор на основе математического моделирования гидравлических процессов, возникающих в системах резервуаров при работе в них погружного перемешивающего оборудования KSB. При этом учитываются все геометрические характеристики резервуаров (включая особенности и материал конструкции), наличие или отсутствие систем аэрации, а также полные данные по перемешиваемой среде. Кроме этого обозначается цель, например, создание потока с гарантированной минимальной скоростью течения 0,25 м/с. Все данные заносятся в качестве исходных в программу расчета, и на основании технических характеристик мешалок Amamix и Amaprop производится подбор оптимального варианта – по цене и энергопотреблению при работе. Подобранные варианты выводятся в удобной табличной форме, легко сортируются и классифицируются по различным критериям. Результат – оптимальный выбор оборудования.

насос Amaline

Погружные насосы Amailne, предназначенные для рециркуляции иловой смеси, подают ее из денитрификатора в анаэробную зону. Поскольку разница гидравлических отметок между зонами незначительна, рабочий напор насосов определяется только динамическими потерями в трубопроводе, что составляет менее 30 см. Для создания такого небольшого напора достаточно пропеллера, помещенного внутри трубы и приводимого в движение погружным электродвигателем. По конструкции рециркуляционный агрегат представляет собой моноблочный осевой пропеллерный электронасос. Разумеется, что и в данном случае исполнение пропеллера – ECB («Ever Clean Blade» – «самоочищающееся, всегда чистое исполнение»). Для оптимизации технологического процесса возможно автоматическое регулирование расхода иловой смеси, которое осуществляется по заданному алгоритму в зависимости от показаний датчиков окислительновосстановительного потенциала Еh. Для регулирования расхода насосов в шкафах управления установлены частотные преобразователи, которые также входят в объем поставок фирмы «KSB AG». Удельные энергозатраты на перемешивание и рециркуляцию иловой смеси составляют 0,023 кВт·ч/м3. Дисковые поворотные затворы Isoria (по три в каждом аэротенке-биореакторе) установлены на воздуховодах и выполняют функцию распределения и регулирования расхода воздуха в аэробных зонах. Система автоматического регули- рования подачи воздуха (куда также входят турбовоздуходувки, аэрационная система и приборы измерения концентрации растворенного кислорода) обеспечивает оптимальные кислородные режимы с точностью до долей миллиграмма растворенного кислорода в одном литре.

Удельные затраты на аэрацию на новом блоке Люберецких очистных сооружений составляют 0,065 кВт·ч/м3. Общее энергопотребление на очистку сточных вод в аэротенках-биореакторах, включая энергозатраты на аэрацию, пере- мешивание и рециркуляцию иловой смеси, составляет 0,088 кВт·ч/м3, что на 15% ниже, чем на старых сооружениях (0,104 кВт·ч/м3). Экономия достигается за счет сокращения аэрируемых объемов и применения энергоэффективного оборудования. Качество очистки при этом существенно выше, чем на старых сооружениях (см. таблицу).

схема2

В связи с тем, что новый блок Люберецких очистных сооружений по высотным гидравлическим отметкам расположен ниже паводковых горизонтов водоприемника (р. Москвы), в его составе предусмотрена насосная станция подкачки очищенных сточных вод производительностью 1 млн. м3/сут и напором 3 м. Станция оснащена восемью осевыми пропеллерными насосами (6 рабочих + 2 резервных) марки Amacan PA4 1200-870/15012 UG1 (рис. 6) и полностью автоматизирована. Осевые насосы могут также использоваться для перекачки возвратного ила из вторичных отстойников в аэротенки. Погружное исполнение осевых насосов позволяет значительно сэкономить на строительных объемах здания насосной станции.

насос Amacan P

Несмотря на компактность конструкции, насос Amacan P по эффективности превосходит другие пропеллерные насосы. Еще одно преимущество соcтоит в том, что в стандартном исполнении предусмотрена возможность различных вариантов установки и монтажа для конкретных случаев. Насосы Amacan P удобны в монтаже благодаря самоцентрирующейся опоре с силовым замыканием и гидроизоляции насоса при помощи уплотнительного кольца круглого сечения в канале. Дополнительный крепеж или блокировка против кручения не требуются, что обеспечивает быстрый монтаж и демонтаж насоса. Погружные насосы Amacan отличаются следующими эксплуатационными характеристиками: безаварийностью, экономичностью (низкие гидравлические потери в трубе благодаря «изящному» двигателю), надежностью благодаря встроенной системе полного контроля, диагностики и защиты погружного электродвигателя по температуре обмотки, температуре подшипников, влажности в моторном пространстве, работе с низким уровнем вибрации. Широкий спектр применения насоса Amacan P охватывает системы от насосных станций перекачки, очистных установок до систем подачи охлаждающей воды, защиты водоемов и опорожнения доков и шлюзов. Сигналы от датчиков контроля работы всего энергомеханического оборудования (мешалок, насосов, дисковых поворотных затворов) выведены в диспетчерский пункт и отображаются на мониторе. Пуск и остановка оборудования могут быть осуществлены как с диспетчерского пункта, так и с местного пульта управления, расположенного непосредственно на сооружениях. Тем самым достигается максимальное удобство в эксплуатации и техническом обслуживании оборудования.

Применение погружного энергомеханического оборудования при реализации технологий очистки с удалением биогенных элементов является современным экономичным решением как при новом строительстве, так и при реконструкции очистных сооружений. Оборудование, выпускаемое KSB, позволяет обеспечивать гидравлические и технологические режимы очистных сооружений любой производительности. Оборудование KSB адаптировано к работе в системах АСУ ТП, что способствует гибкому управлению технологическим процессом.