Производительность очистных сооружений - виды и расчёт

Производительность промышленных очистных сооружений является основным параметром при проектировании. Это опорная точка, на которой базируется подбор оборудования и схем расположения, конфигурация фильтрующих установок, средств автоматизации, организация технологических процессов. Производительность влияет на энергоэффективность, экономическую целесообразность, надёжность и качество работы очистных систем. Поэтому данному параметру уделяется особое внимание при разработке проектной документации, строительстве, реконструкции очистных сооружений.

Определение производительности ОС

Производительность очистных сооружений — это объём сточных вод, которые способна перерабатывать система за период времени при установленном качестве очистки. Часто называется расходом. Этот термин не очень корректный с технической точки зрения, но в данном контексте должен восприниматься именно как производительность.

Расчёт производительности очистных сооружений позволяет:

• выбрать оптимальную схему очистки стоков;
• правильно подобрать оборудование;
• обеспечить потребности объекта;
• оптимизировать расходы на эксплуатацию;
• выдержать нормы по качеству очистки;
• уменьшить экологические риски;
• обеспечить надлежащее качество производимой продукции;
• улучшить условия труда;
• избежать перебоев и простоев в работе в случае аварий;
• сбалансировать энергопотребление;
• сохранить ресурс оборудования;
• выполнить реконструкцию в случае расширения предприятия или изменений в технологических процессах.

Производительность также влияет на эффективность очистных сооружений, которая оценивается по ряду параметров. Сюда относится степень очистки, заложенный ресурс, энергозатраты, количество и квалификация обслуживающего персонала. Эффективность, в свою очередь, зависит от конфигурации системы, используемого оборудования и технических характеристик.

Нормативная база

При расчёте производительности промышленных очистных сооружений необходимо руководствоваться следующими нормативными правовыми актами:

• Постановление правительства РФ № 644 от 29.07.2013 — сброс вод в канализацию.
• Водный Кодекс РФ, Приказ Минсельхоза России № 552, СанПиН 2.1.3684-21 — сброс вод в водный объект.
• СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

В зависимости от специфики и направления деятельности объекта при разработке проектной документации на очистные сооружения используются профильные нормативные документы, правила и стандарты.

Единицы измерения производительности ОС

Поскольку производительность очистных сооружений определяется, как объём за период времени, для измерения расхода стоков используются соответствующие физические величины — кубометры, сутки и их производные. Чаще для определения производительности ОС применяются внесистемные единицы измерения, что позволяет выразить данные более наглядно. Также это зависит от континента и страны, поскольку далеко не все в мире пользуются удобной и привычной нам метрической системой.

Часто встречающиеся единицы измерения производительности ОС:

• В России и странах СНГ — кубические метры за сутки (м³/сут или куб. м/сут).
• Во многих европейских странах — литры и мегалитры за сутки (Мл/сут).
• В США и Великобритании — галлоны и миллионы галлонов за сутки (GPD и MGPD, соответственно).

В нашей стране на бытовом уровне часто удобнее использовать не кубометры, а литры. Это обусловлено небольшими объёмами потребления по сравнению с промышленными масштабами.

Все используемые в мире единицы измерения, так или иначе, можно конвертировать в более привычные и наглядные значения. Например, 1 кубический метр равен 1000 литров. 1 Мегалитр — это 1000 кубических метров. 1 галлон в Англии равен 4,546 л, а в США 3,785 л. Соответственно, MGPD (миллион американских галлонов за сутки) — это 3785,4 куб. м/сут.

Критерии расчёта производительности ОС

Проектирование промышленных очистных сооружений осуществляется на основании собранной в ходе исследования объекта информации. Производительность ОС — это часто индивидуальный параметр, который зависит от специфики объекта, направления деятельности, геолокации и ряда других факторов. Тщательное изучение исходных данных позволяет точно рассчитать все виды расхода, правильно подобрать оборудование, обеспечить надёжность, ресурсоёмкость и экономическую целесообразность.

Основными критериями расчёта производительности являются следующие моменты:

• тип и направление деятельности объекта;
• географическое расположение;
• уровень грунтовых вод;
• годовые объёмы осадков;
• выбранная технология очистки стоков;
• требования к степени очистки;
• длительность нахождения стоков в очистных установках;
• требования по противопожарной безопасности;
• способы утилизации твёрдого осадка;
• суточные и сезонные колебания объёмов водопотребления.

В процессе проектирования также принимается во внимание энергопотребление выбранного оборудования и экономическая целесообразность внедрения на объект.

Виды производительности ОС

Разработать проект промышленных очистных сооружений на основании одного показателя производительности — невозможно. Это обусловлено тем, что потребление воды и объёмы сброса стоков в канализацию не являются фиксированными или стабильными величинами. Они зависят от времени суток, сезона, технологического процесса.

При расчёте нужно также учитывать вероятные аварии, отказы оборудования, сбои в системах управления, перебои с электроснабжением, пожары и другие внештатные ситуации. Производительность в этих случаях должна быть достаточной для обеспечения функциональности системы без потери в качестве работы.

В этой связи возникает необходимость рассчитывать сразу несколько видов производительности очистных сооружений:

1. Номинальная — производительность, которую ОС способно обеспечить в штатном режиме работы в течение продолжительного периода времени (недели, месяцы). Для расчёта номинальной производительности берутся усреднённые значения без учёта перепадов водопотребления из-за упомянутых выше факторов. Как правило, в характеристиках того или иного оборудования для обустройства очистных сооружений указывается номинальная производительность.
2. Максимальная — производительность, при обеспечении которой ОС испытывают самые высокие нагрузки. Необходима для поддержания функциональности системы на протяжении нескольких часов или суток в случае аварии, ремонта, других внештатных ситуаций. При этом оборудование не должно работать под запредельными для него нагрузками, из-за которых может возникать потребность в дорогостоящем ремонте. Максимальная производительность больше номинальной на 10…30%.
3. Мгновенная — производительность, которую способно обеспечить оборудование в определённый момент времени. Для измерения этого вида расхода часто применяется соответствующие учётные приборы. В современных проектах за это отвечает система автоматизации с датчиками, установленными в контрольных точках. Для расчёта мгновенной производительности берётся максимальный расход при пиковой нагрузке.

Выбор метода водоподготовки и разработка технологической схемы очистных сооружений выполняется с учётом перечисленных видов производительности. Основным параметром системы будет полная производительность, которая складывается из расхода воды при максимальном потреблении, на собственные нужды объекта и на восполнение противопожарного запаса.

Усреднение по количеству

Для упрощения расчётов производительности и повышения надёжности промышленных очистных сооружений применяется такое понятие, как усреднение по количеству. Технически обеспечивается посредством специальной ёмкости, которая используется, как буферная.

Усреднитель — это буферный резервуар, в котором скапливаются сточные воды во время превышения номинальной производительности. Его применение позволяет не изменять режим работы оборудования при пиковых нагрузках. Последние могут возникать в зависимости от времени суток, при авариях и других внештатных ситуациях. Накопленная в резервуаре жидкость поступает на очистку во время минимального сброса (например, ночью или между технологическими процессами на предприятии).

Применение усреднителей позволяет рассчитать некую среднюю производительность очистных сооружений. То есть превратить неравномерный поток стоков в усреднённый (отсюда и название), с которым легче оперировать при проектировании системы.

Повышение энергетической и экономической эффективности ОС

Классическая схема работы ОС, применяемая на многих промышленных предприятиях в нашей стране, отличается повышенной энергозатратностью. При минимальных требованиях к качеству очистки на переработку 100 000 кубических метров стоков расходуется до 800 кВт электроэнергии. Если на предприятии применяется расширенная схема очистки, которая позволяет уложиться в современные требования, энергопотребление может увеличиваться в два, а то и в три раза.

Ранее энергоэффективности ОС уделялось мало внимания по ряду причин. Системы оснащались примитивным недорогим оборудованием, позволяющим удовлетворить нормы с натяжкой. Сегодня этому аспекту уделяется намного больше внимания.

Для повышения эффективности ОС без потери производительности и качества очистки стоков предпринимаются следующие шаги:

• проведение научно-исследовательских изысканий;
• профессиональная разработка проекта с учётом актуальных требований и стандартов;
• применение современного оборудования;
• снижение экологических рисков и, как следствие, уменьшение затрат на штрафы и судебные исковые требования;
• сокращение расходов на покупку очищенной воды за счёт применения оборудования, позволяющего своими силами получать такую воду;
• оснащение ОС современными системами автоматизации.

Комплексная автоматизация — это сегодня один из самых важных шагов на пути к созданию энергоэффективных и экономически выгодных очистных сооружений.