Обзор водоотведения и очистки сточных вод, в т. ч

Обзор водоотведения и
очистки сточных вод,
в т. ч. современный технический
уровень в Германии
Маттиас Барьенбрух
Берлинский технический университет, факультет управления
городскими водами, секр. TIB 1B 16
Густав-Майер-Аллее 25, 13355 Берлин, Германия
Тел.: +49 / (0) 30 / 314 72246; факс: +49 / (0) 30 / 314 72248
e-mail: matthias.barjenbruch@tu-berlin.de
Компоненты водоотведения
Централизованная система (промышленные страны)
Смешанная система
Инфильтрация
Раздельная
система
ОСК
Смеш.
сточные
воды
[по Гуйеру]
Очищ.
смешанные
сточные воды
Ситуация с очисткой сточных
вод в Германии
Будущие цели
Изменение климата
Демографическое
развитие
Энергия
Экологические требования
Управление дождевым
стоком
Лекарственные
препараты
Остатки химических
веществ
……
 Подключение к централизованной системе > 96%
 Протяженность канализационных сетей (514884 км
6,24 м/э):
 Система смешанной канализации: 239086 км
 Система раздельной канализации:
для хозбытовых сточных вод: 187264 км
для ливневого стока:
106032 км
 Городские очистные сооружения канализации:
около 9933
 Резервуары для ливневого стока: 45457; 52,3 млн.
м³  635 л/э
 Хорошая очищающая мощность!
 Потребность в реконструкции:
 17 % городских канализационных сетей нуждаются в
реконструкции в среднесрочном периоде
Интенсификация работы
всех систем
 Затраты на среднесрочную реконструкцию 45 млрд. €
 Фактические издержки: 1,64 млрд. € в год [2000]
 Частное подключение потребителей!
Цены в секторе водного хозяйства
- средние данные по Германии
Водопотребление 122 л/(чел·сут.):
 1,9 €/м³ = 11 $/м³
 85 €/(чел*год) = 487 $/(чел*год)
Водоотведение
обычно цены на отведение бытовых сточных вод и
ливневую канализацию отдельные
 2,6 €/м³ = 15 $/м³
 115,6 €/(чел·год) = 670 $/(чел·год)
Водопотребление и водоотведение: 4,5 €/м³
4
Водоотведение
Состояние в
2007/2008 г.
5
Quelle: WISE: http://discomap.eea.europa.eu/map/WISE/?configfile=http://discomap.eea.europa.eu/map/WISE/config_uwwt2.xml
Очистные сооружения канализации
Современный технический уровень
Предварительная очистка сточных вод = механическая очистка
Первичный отстойник:
удаление осаджаемых частиц
Песколовка: удаление песка и гравия
Жироуловитель (частично встроенный):
удаление плавающего на поверхности материала, масла и жира
Решетки, сетчатые фильтры:
удаление твердых частиц, волокнистого материала,
пластмассы
 Результаты по бенчмаркингу DWA 2010
 Органические вещества (ХПК): на входе 530 мг/л  на выходе 28 мг/л
Азот: на входе 49 мг/л  на выходе 9,5 мг/л
Фосфор: на входе 8 мг/л  на выходе 0,75 мг/л
Процеживание
Сетчатый фильтр или решетка
Состав
Волокнистые материалы и грубозернистые вещества с
химической пульпой (например, туалетная бумага, частицы
пластмассы или тканей; санитарно-гигиенические
изделия)
Почему необходимо удаление крупного мусора
 Засорение трубопроводов и насосов
 Повреждение электродвигателей с связи с
разбалансировкой
 Длинные волокна на аэрационных установках
Эстетика водных объектов
 Засорение ирригационных установок
Удаление уловленных загрязнений
Сетчатый фильтр или решетка
Сетчатый фильтр
Решетка
Спиральный фильтр
NSI (NOGGERATH)
Ступенчатые решетки
Очень часто используются
в Германии для ОСК
приблизительно на 100000
экв. по населению
Этап 1
Промывка и оседание
уловленных
загрязнений на
ступеньки.
Образование
«решеточного ковра»
.
[компания Huber]
Этап 2 Этап 3
Этап 4
Поднятие и
транспортировка
«решеточного
ковра» путем
поворачивая
подвижных
пакетов пластин.
Перемещение
«решеточного
ковра» на
следующую
ступеньку.
Ступенчатая решетка (ОСК на 100000
экв. по населению)
Source: Austermann-Haun
Изнутри наружу: отходы выталкиваются
внутренним винтом
Source: Austermann-Haun
Пресс для отходов
Назначение: - уменьшение массы
- уменьшение объема
Source: Austermann-Haun
Песколовка
Назначение
 Удаление частиц песка диаметром от 0,2 до 0,1 мм
 Отделение минеральных веществ от органических
веществ, которые могут портиться
Зачем необходимо удаление песка и гравия
 Опасность поломки устройства гравитационной
сепарации мелких фракций и эффект “наждачной бумаги”
на дне резервуара
 Уменьшение объема отложений в реакторах
 Истирание дна резервуара под конусами для осадка
 Препятствие соскальзыванию осадка вниз
Аэрируемые песколовки с
жироуловителем = стандарт
Аэрация для
оборота
Всплывание жира
Песок
Источник: Гуйер, 1999
15
Песколовка
Пример
Классификатор песка
• Обезвоживание с помощью классификатора или спирального конвейера
• Снижение содержания органических веществ (в зависимости от вида утилизации)
утилизация на свалках (< 5 % потерь при сжигании/содержания
органических веществ)
сжигание (22 ккал/кг; при использовании отходов до 910 ккал/кг)
компостирование и последующее использование
Песок из песколовки / пескомойки
Source: Austermann-Haun
Первичный отстойник
Первичная очистка
Принцип
Снижение скорости потока
=> седиментация осаждаемых частиц органических веществ
Период удержания в первичном отстойнике:
0,5 - 2 ч (тенденция: удаление грубодисперсных частиц при tR < 1 ч)
Основные параметры стандартизированы в DIN 19551
Поступающий
на очистку
сток
Скребок для осадка
Конус для осадка
Частично
очищенный
сток
Первичный отстойник
Прямоугольное техническое решение
Круглая конструкция
Биологическая
очистка
Обзор традиционных систем
биологической очистки сточных вод
Технические системы
Природные системы
 Процесс активного ила (последова-  Тростниковые площадки (с вертикальным или горизонтальным потоком)
тельно-циклический реактор (SBR),
окислительные каналы, компактная
очистная установка, мембранный биореактор)
 Капельный фильтр или
ский контактор
биологиче-  Неаэрируемые пруды
 Биофильтр и реактор с фиксирован-  Аэрируемые пруды
ным слоем (аэрируемый; бескислородный)
 Фильтрация кипящим слоем; комбини-  Пруды с использованием технического
рованные процессы
компонента (капельный фильтр или
биологический контактор)
Подходит для очистных сооружений
канализации < 5000 экв. по населению
Процессы активного ила
Очистка по: ХПК, БПК5, NH4-N, NO3-N, P
Поступающий на
очистку сток
(после первичного
отстойника)
Частично
очищенный
сток
Аэрация
Отстойник
Возвратный ил
Избыточный ил
Аэрационная установка
Аэрация под давлением
 Мелкопузырчатая аэрация с отдельным
перемешиванием или без него
Пористые материалы
 Средне- и крупнопузырчатая аэрация
Перфорированные трубки или трубы,
обернутые в пластик или ткань
Аэрация поверхностей
 Цилиндрический аэратор
 Вращающийся (ротационный) аэратор
Аэрация под давлением
Диффузор ifu
Поверхностный
аэратор
Трубчатый
аэратор
Диффузор ifu
Пластинчатый
аэратор
Берлинский технический университет
Окислительный канал
Компактная система
Технология SBR (последовательноциклический реактор)
Подача
Поступающий на очистку сток
(циркуляция)
Макс. уровень
Перерыв
Декантирование
Реакция
Частично очищенные сточные воды
Седиментация
Мин. уровень
Избыточ
-ный ил
Реакция
(аэрация)
Технология SBR (последовательноциклический реактор)
2500 экв. по населению
ОСК Лалендорф
Вид сбоку
Фаза аэрации
Мембранный биореактор
Belebungsbecken
Биореактор
с активным илом getauchte
Погружная
Membran
мембрана
На входе
Zulauf
Фильтрат
Permeat
Преимущества
Überschuss-ил
Избыточный
schlamm
высокое содержание биомассы
высокая эффективность очистки
дезинфекция
Высокие расходы
ZenonZeeWeed
Этап биологической очистки
Капельный фильтр
Очистка по: ХПК, БПК5, NH4-N, (P)
Фильтр-перколятор
Вторичный
отстойник
Выпуск
С
первичного
отстойника
return
Возврат
Возврат
На
Наотстойник
первичный отстойник
Приямок
Шлак
Засыпанный пластиковый материал
Вращающийся биологический контактор
(RBC)
Определение: вода после первичного
отстойника приводится в контакт с
дисками, заселенными микроорганизмами
RBC состоит и следующего:
 Очисткафиксированнымслоем
 Вращающиесядиски, которыеобеспечиваютсмачивание/дренирование
микроорганизмов
 Материалдиска: полиэтилен,ПВХ, полистирол
 Низкоеэнергопотребление
 < 5000 – 10000 экв. понаселению
Прим. 1: Требуетсяхорошаяпервичнаяочистка
Прим. 2: Довыпускатребуетсявторичноеотстаивание
Источник: Нэйлсон M. Мацел, 2009
Погружной фиксированный слой
Очистка по: ХПК, БПК5, NH4-N, NO3-N, P
Принцип движущегося слоя (процесс
Кальднеса)
Первичный отстойник
Этап биологической
очистки
Вторичный
отстойник
Осадок
Отходы
Аэрация
Вторичные отстойники
Горизонтальный
поток
Продольный
резервуар
Круглый
резервуар
Вторичный отстойник
Погруженная в воду выпускная труба;
концентрическая форма
Перегородка для
задержки пены и
плавающих
загрязнителей
Вторичный отстойник
Скребок
Процесс с использованием
биофильтра
BIOFOR-Process
Определение биофильтра (EN 1085)
Реактор с фиксированной пленкой, с
гранулированным материалом в
качестве фильтрующей среды,
обеспечивающий одновременно
фильтрацию и биохимическую
деградацию.
Biostyr
Усовершенствованные методы очистки
сточных вод
Усовершенствованные методы очистки
сточных вод
Фильтрация в глубоком слое
Назначение
 Более интенсивное удаление P
 Уменьшение количества взвешенных веществ / предварительная очистка для
дезинфекции
 Применяется более чем на 200 сооружениях очистки городских сточных вод в
Германии
Неочищенная
вода
Вентиляция
Иловая
жидкость
Фильтрующий слой
Стабилизационный слой
Воздух для обратной промывки
Вода для
обратной
промывки
Фильтрат
Откачка
Усовершенствованные методы очистки
сточных вод
Обратная промывка фильтров с глубоким слоем
Дезинфекция сточных вод
Облучение ультрафиолетовыми
лучами

Эффективность
 Облучение ультрафиолетовыми
лучами спектра C (около 250 мкм)
 Прерывание метаболизма

Использование (в Германии):
 Куксхавен
 Норден
 Кисмар
 в 12 местах в Баварии (например,
Бад-Тёльц)
 Вык-ауф-Фёр
–2 • 128 излучателей мощностью
27,6 Вт
– макс. Q = 450 м3/г
Структура затрат по водоотведению [%] (2002)
Электроэнергия/
материалы
Утилизация
отходов
Персонал
Налог на
водоотведение
Затраты на техническое
обслуживание
10
Прочее
Банковские
проценты
Амортизация
Затраты на сооружение ОСК для 20000 - 100000
эквивалентов по населению
По состоянию на 2000 г.
Эксплуатационные расходы очистных сооружений
канализации
Статья
Сумма
мин.
DM/(Егод)
макс.
DM/(Егод)
мин.
%
макс.
%
Персонал
10
20
22
22
Расходы на утилизацию1)
20
35
45
40
Электроэнергия
5
15
11
17
Стоимость материалов
2
5
4
6
5
10
11
11
Иное
3
5
7
6
Итого
45
90
100
100
Техническое обслуживание
1) Включая отходы с решеток и песколовок, осадок
При использовании фильтрации расходы возрастают прибл. на 1015%.
Контроль за очистными
сооружениями со стороны
государства
:
В Директиве о сточных водах
говорится:
Допустимые показатели должны
достигаться в
В смешанной пробе за 2 ч или
за 24 часа
или в
Соответствующим образом
отобранной выборочной пробе
– 5 выборочных проб
отбираются в течение 2 часов
через промежутки не менее 2
минут
Автоматическое
устройство отбора проб
50
Будущие аспекты
 Мы достигли высокого уровня при удалении источника
углерода (ХПК, БПК5) и биогенных элементов (N, P)
 2/3 наших наземных вод имеют уровень качества ≤ II
Задачи на будущее
• Удаление следовых элементов, лекарственных средств,
продукции медицинского назначения, эндокринных
веществ, вирусов…
• Сокращение количества ливневого стока, хранение
ливневого стока
• Восстановление рек (удаление бетона, проволоки …)
51
Очистка сточных вод
Возвращение
Использование энергии
Объем образовавшегося осадка:
первичный, вторичный, третичный
Уплотнение
Дезинфекция
Энергия
Стабилизация
Биогаз
Консолидация, вывоз на свалку
Дренирование
(сухой)
Сжигание
(локально)
Балансовое пространство
Сельское хозяйство
Свалка
Атмосфера
Уплотнитель
Вход
Пеносборник
Выход иловой
жидкости
На очистные
сооружения
Выход осадка
Процессы стабилизации
 Аэробная стабилизация
Одновременная аэробная стабилизация
Отдельная аэробная стабилизация при нормальной температуре
Отдельная аэробно-термофильная стабилизация (в жидкой среде)
Отдельная двухступенчатая аэробно-термофильная стабилизация (в
жидкой среде), компостирование осадка
 Анаэробное сбраживание
Холодное сбраживание (например, эмшеры; 15-20°C)
tR около 60 суток
Мезофильное сбраживание (30-35°)
tR около 20 суток
Термофильное сбраживание (50-55°C)
tR около10 суток
> 20 l/E
22: < 50000 E
18: > 50000 E
≈ 16 - 25 l/E
≈ 12 l/E
Удельное производство газа по сравнению с
периодом сбраживания
Gasproduktion
Производство
газа
-1 органических
3 kg
-1 org. Feststoffe
веществ
на входе
вin
м3mкгg
im Zulauf
0.5
30°C
25°C
20°C
15°C
10°C
0.4
0.3
0.2
Обычное
Üblicheвремя
сбраживания
Faulzeit
0.1
0.0
0
20
40
60
80
100
Время
сбраживания
Faulzeit
in Tagen [суток]
Метантенки в качестве архитектурной формы
Механическое обезвоживание
Фильтр-пресс
Ленточный фильтр-пресс
Декантерная центрифуга
Пресс для осадка
Минерализация осадка сточных вод

С помощью тростника или травы
 Последовательная аккумуляция осадка
– через 6-10 месяцев
– толщина слоя около 40 см
– после определенного уровня дренажа – семена райграса
– после оседания вниз до 10 см новый слой
– после 3 слоев удаление
 Закладка: 30-40 кг общего
количества сухих веществ /м²
 Последующий цикл - 40% TR
 Время эксплуатации – около
6 лет плюс один нейтральный год
 Феномен: концентрация
загрязняющих веществ не
увеличивается?
не
Процесс сушки осадка на солнце
 Анаэробно стабилизированный осадок
 В „парнике“
 Перепад давления пара между осадком/воздухом
 Тенденция воздуха к насыщению водой
 Летом: сухое вещество 90% / зимой 45%
 Перемешивание с помощью электронного скребка
Сжигание осадка/ печь с кипящим слоем
Камера сжигания
800 - 900°C
Дополнительная
горелка
Кипящий слой
(песок)
Возмущенный
воздушный поток
Отходящий газ
и шлак 850°C
Подача сухого
осадка
Нижняя часть
форсунки
Пусковая горелка
Применение осадка в сельском
хозяйстве
Распределение
влажного осадка
Распределение
обезвоженного осадка
Принцип работы небольших очистных
сооружений канализации
Механическая
предварительная
очистка
(гравий, песок)
Вход
Биологическая
очистка
(например,
активный ил,
биопленка,
мембраны)
Очищенные
сточные воды
(водоприемник,
грунтовые
воды)
Выход
Благодарю за внимание