Раздел 12. Предложения по строительству, реконструкции и модернизации объектов централизованной системы водоотведения

Раздел 12. Предложения по строительству, реконструкции и модернизации объектов централизованной системы водоотведения.

Информация об изменениях:

Подраздел 12.1 изменен. - Постановление Администрации г. Тюмени от 24 августа 2020 г. N 154-пк

См. предыдущую редакцию

12.1. Очистные сооружения

Согласно техническому заданию (946-15-Д1834-ПЗ.2.2, Приложение А) в рамках первого этапа было предложено 2 варианта развития канализационных очистных сооружений.

Вариант 1

Для решения задач реконструкции сооружений биологической очистки необходимо реконструкция существующих сооружений с учетом увеличения пропускной способности до 260 000 м3/сут сооружений, включающих в себя аэротенки, вторичные отстойники и воздуходувную станцию. Производительность блока определяется требованием обеспечения обработки всего объёма сточной воды, как на период реконструкции, так и на перспективу.

1 этап - строительство III блока биологической очистки с организацией в аэротенках процесса нитри-денитрификации и дефосфотации с учетом увеличения общей пропускной способности очистных сооружений до 260 тыс. /сут (с учетом внедрения на реконструируемых существующих аэротенках нитри-денитрификации и дефосфотации), модернизация существующих воздуходувных станций, реконструкция песколовок.

2 этап - реконструкция аэротенков 1 очереди, производительность сооружений на период реконструкции определятся суммарной производительностью 2 и 3 блока, что близко к прогнозному значению на 2025 г. При этом аэротенки 2 очереди работают по старой схеме, т.е. с недостаточным качеством очистки.

3 этап - последовательная реконструкция аэротенков 2 очереди (всего 2 ед.). Строительство дополнительного первичного отстойника, комплексная реконструкция первичных отстойников, насосной станции откачки сырого осадка, их подводящих и отводящих коммуникаций.

4 этап - строительство сооружений доочистки сточных вод.

Полная производительность сооружений биологической очистки после реконструкции равняется 260 000 м3/сут, что соответствует прогнозным значениям на 2040 г. Качество очистки после реконструкции будет соответствовать требуемым показателям.

Вариант 2

Вариант предусматривает выведение из эксплуатации очистных сооружений первой очереди и реконструкцию 2 очереди с организацией процесса нитриденитрификации и дефосфотации.

1 этап - реконструкция блока биологической очистки производительностью 205 тыс. /сут под процесс нитриденитрификации и дефосфотации.

2 этап - вывод из эксплуатации очистных сооружений первой очереди. Последовательная реконструкция аэротенков 2 блока под процесс нитриденитрификации и дефосфотации.

Для снижения фосфатов в очищенной сточной воде необходимо предусмотреть дозирование реагента. Выбор реагента, а также место дозирования определить на основе исследования.

Полная производительность сооружений биологической очистки после реконструкции равняется 260 000 м3/сут, что соответствует прогнозным значениям на 2040 г.

Информация об изменениях:

Подраздел 12.2 изменен. - Постановление Администрации г. Тюмени от 24 августа 2020 г. N 154-пк

См. предыдущую редакцию

12.2. Утилизация осадка

На сегодняшний день проблема утилизации накопленного осадка остается нерешенной. Объем накопленного осадка на иловых полях около 400 тыс. м3.

С учетом данных анализа осадка сточных вод (Том 946-15-Д1834-ПЗ.2.2 Приложение Е, Ж), для решение этой проблемы были рассмотрены три концептуальных метода, широко используемых в мировой практике утилизации осадка:

- компостирование;

- депонирование;

- термическая обработка

При этом обработанный осадок можно использовать соответственно после компостирования в качестве удобрения в сельском хозяйстве и улучшения почв в лесном и лесопарковом хозяйстве, с площадок депонирования - для рекультивации территорий, после сжигания конечный продукт - в качестве наполнительного материала в строительной промышленности и дорожных работах.

Все три метода направлены на утилизацию как накопленного осадка, так и образующегося на КОС. Срок рекультивации иловых площадок - 15 лет.

Компостирование осадка.

Утилизация осадка" раздела 12 "Предложения по строительству, реконструкции и модернизации объектов централизованной системы водоотведения" дополнить следующим словами "Технология обеспечивает сразу три функции: стабилизацию, обеззараживание, обезвоживание".

Компостирование осадка является биотермическим способом обеззараживания. Методом компостирования достигается получение безвредного в санитарном отношении конечного продукта, а также переработка отходов городского благоустройства: веток (после обрезки деревьев), листьев деревьев, новогодних елок; отходов деревообрабатывающего производства, соломы от сельхозпроизводителей.

Этот метод аэробного компостирования позволяет получать экологически чистое органическое удобрение (компост) с высоким качеством по содержанию N-P , не содержащее способных к прорастанию семян сорных растений, личинок гельминтов и не требующее внесение пестицидов.

Основу технологии производства компоста составляет метод аэробного компостирования смеси органических веществ в буртах.

Смесь в буртах, размещенных на бетонной площадке с дренажом, разлагается аэробными мезо- и термофильными микроорганизмами, для жизнедеятельности которых необходим кислород. Жизнедеятельность аэробных микроорганизмов обуславливает повышение температуры в массе буртов до 60-70°C, что в свою очередь приводит к дегельминтизации и дезодорации, а также к потере всхожести семян сорняков.

Для компостирования механически обезвоженных или подсушенных на иловых площадках осадков сточных вод применяют различные технологии и оборудование: в штабелях на площадках с использованием бульдозеров, экскаваторов, смесителей двухвальных плужкового типа периодического действия либо другого оборудования и механизмов; в траншеях с использованием оборудования для перемешивания, гомогенизации и насыщения воздухом.

При применении указанных технологий продолжительность процесса компостирования осадков с наполнителями составляет от 2-12 суток (механизированные методы) до 3-6 месяцев (компостирование в штабелях). Готовый компост представляет собой сыпучий материал влажностью 40-50%, содержащий макро- и микроэлементы, необходимые для роста и развития растений, полезную микрофлору и вещества, повышающие плодородие почв. Он является эффективным органоминеральным удобрением для сельского, лесного и городского цветочного и зеленого хозяйств, а также может использоваться при рекультивации земель.

Для высвобождения существующих иловых площадок г. Тюмени требуется переработать около 400 тыс. м3 обезвоженного естественным способом осадка.

Для переработки в компост постоянно образующегося осадка в процессе очистки сточной воды и накопленного осадка потребуется участок площадью ~ 25, 0 га .

Годовой объем перерабатываемого осадка составит около 70 тыс. м3/год. (из них 51% механически обезвоженный осадок с очистных сооружений и 49% накопленный осадок с иловых площадок). Расчетный срок утилизации накопленного осадка составит около 15 лет.

В комплекс компостирования входят следующие участки подготовки и переработки осадка до конечного материала-компоста:

1. Участок просеивания осадка.

2. Участок измельчения и хранения щепы.

3. Участок компостирования осадка.

4. Участок хранения компоста.

Тюмень находится в регионе с умеренно-континентальным климатом. Для того, чтобы переработка осадка в компост была рентабельным производством необходимо организовать бесперебойный процесс. На открытых площадках продолжительное время, в течении 5 месяцев, переработка осадка невозможна.

В связи с этим в условиях г. Тюмени рекомендуется площадки компостирования перекрывать легкими быстровозводимыми конструкциями. В которых будет поддерживаться  температура не ниже +5 С, что достаточно для созревания компоста.

Депонирование осадка

Осадок после механического обезвоживания доставляется автотранспортом в полигон депонирования (захоронения).

Полигон депонирования размещается на искусственном основании выше отметки паводковых вод. Нижний противофильтрационный экран выполняется из суглинков. Поверх экрана предусматривается песчаный дренажный слой толщиной до 0,5 м. Для отвода фильтрата из толщи осадка и атмосферной влаги в дренажном слое предусмотрена дренажная система. Дренажная вода с площадки подается в насосную станцию возвратных потоков и далее на очистные сооружения.

Поверх уложенного осадка выполняется верхний защитный экран из бентомата для изоляции осадка от атмосферной влаги. На защитный экран укладывается почвенно-растительный слой толщиной до 0,5 м с посевом трав.

Полигон депонирования имеет несколько известных вариантов конструкции:

- обваловка отведенной площади земляной насыпью,

- устройство в выемке заброшенного карьера,

- комбинированный вариант (полузаглубленный).

В целях увеличения емкости хранилища и коэффициента использования площади, ограждающие конструкции могут быть выполнены в железобетонном монолитном варианте.

Выбор конструкции полигона определяется конкретными геологическими условиями, уровнем грунтовых вод и площадью землеотвода. Осадок в полигон депонирования доставляется автотранспортом. Заполнение полигона производится отдельными секциями или участками. Для работ по укладке осадка в секцию площадки и выполнению верхнего защитного экрана используется строительная техника: экскаваторы, погрузчики, бульдозеры.

- Удельная нагрузка по осадку при депонировании находится в пределах 7-15 м3/м2 и зависит от конструкции полигона.

- Удельные капитальные затраты составляют 1,2 - 2,0 тыс. руб/м3.

- Требуемая площадь земельного участка для депонирования осадка (с иловых площадок и механически обезвоженный осадок с КОС) составит до 15,5 га.

Термическая обработка

Предлагаемая технологическая схема обработки состоит из следующих основных элементов:

* сушка осадков на ленточной сушилке до 92% СВ.

* остеклование гранулита.

Конечным продуктом является применяемое в промышленности строительное стекло.

Остеклование осадков это современная технология, уже несколько лет применяемая для утилизации сточных осадков. Высушенный, расплавленный осадок превращается в стекло, поэтому нет необходимости строительства свалок золы. Образующееся стекло является продуктом, применяемым в разных отраслях промышленности. Благодаря кристаллической структуре этого продукта заключенные внутри тяжелые металлы не вымываются в окружающую среду.

Благодаря замкнутому циклу топлива процесс характеризуется высокой энергетической эффективностью. Эмиссия газов в несколько раз ниже, чем в случае классических методов сжигания в печах

Температура процесса составляет 1400-1600°С. Часть газов сжигания рециркулирует и смешивается с кислородом. Это позволяет оптимизировать процесс сжигания и температуру плавления (чего не обеспечивают другие технологии).

Процесс сушки

Наиболее распространенными методами сушки осадков является сушка в барабанных, ленточных сушилках и сушилках с псевдосжиженным слоем. Они отличаются друг от друга способом теплообмена и производительностью.

Осадок, предназначенный для осушки, направляется в емкость приемки, откуда с помощью регулируемых дозировочных шнековых конвейеров непрерывно транспортируется на питающий шнековый конвейер сушилки, в котором происходит смешение материалов.

Часть ранее высушенного осадка подается на питающе-смешивающий конвейер, на котором происходит его смешение с влажным осадком. Питающе-смешивающий конвейер транспортирует материал на шнековый конвейер, который равномерно дозирует осадок на ленту сушилки. Дозирующий шнековый конвейер и выравнивающий валик обеспечивают одинаковую высоту слоя материала по всей ширине ленты, регулируемую по высоте в пределах примерно от 4 до 20 см. Проходящий через сушилку материал подогревается горячим воздухом и сушится. После прохода через зону сушки материал охлаждается в зоне охлаждения, расположенной в конце установки. На конце ленты сушилки высушенный материал выгружается с помощью шнекового конвейера и частично используется для повторного циркуляционного смешивания, или передается в силос хранения гранулита.

Процесс витрификации остеклования

Витрификация является одним из способов вторичного использования осадков. В технологии витрификации восстанавливается энергия органической фракции и используется минеральная фракция, с ее превращением в химически инертный стекловидный материал, применяемый в промышленности в качестве строительного наполнителя.

Остеклование высушенных сточных осадков является вторым этапом утилизации осадков, после их предварительной сушки на ленточной сушилке.

Процесс сжигания в атмосфере кислорода с целью повышения температуры, обеспечивает полное уничтожение органических соединений, при значительном снижении количества газов сгорания. Высокая температура процесса обеспечивает полное расплавление неорганической фракции.

На процесс витрификации из буферной емкости подается высушенный осадок (не менее 92% сухой массы). Дозаторы подают гранулит в дробилку, которая размельчает гранулы до размера требуемого для правильной работы печи. Потом размельченный гранулит подается в плавильную печь с помощью вращательных шлюзов.

Процесс проходит в трех зонах (Черт. 1):

* Зона 1: Зона плавления

* Зона 2: Зона отделения стекла

* Зона 3: Зона охлаждения

Зона 1

Зона плавления. Сухой гранулит осадка с содержанием сухой массы примерно 90%, вместе с кислородом подается в первую камеру. На этом этапе процесса постностью сжигается органическая часть материала с высвобождением значительного количества энергии. Температура достигает уровня 1400 - 1600 °С. При таких температурах расплавляется минеральная фракция с образованием жидкого стекла. Высокие температуры этого этапа процесса гарантируют уничтожение содержащихся в осадке органических веществ.

Зона 2

Зона отделения стекла. Отделение стекла происходит самотеком из первой зоны во вторую через выводное отверстие в днище первой камеры. Расплавленный материал поступает в охлаждаемую емкость и охлаждается до получения строительного стекла.

Зона З

Зона охлаждения. Газы сжигания 2 зоны имеют температуру 1400 -1600°С. Охлаждение этих газов осуществляется их разбавлением газами с низшей температурой. Температура газов на выходе из 3 камеры зависит от температуры и количества разбавляющих газов, но обычно оставляет 370 - 760°С. Более высокая температура газов на выходе обеспечивает более эффективную рекуперацию тепла.

Кислород будет производиться локально, непосредственно на месте. Вакуумно-адсорбционная схема производства. Кислород производится в газообразной (некриогенной) фазе. Продукт содержит кислород чистотой 99,5%.

Стеклянный гранулит пользуется большим спросов в различных отраслях промышленности. В настоящее время на основе осадков в США производится свыше 2,5 млн. тон/год этого материала. Практически весь материал продается для строительной отрасли для производства черепицы, как абразивный материал в пескоструйной очистке металлических конструкций, как компонент в производстве минерального цемента, а чаще всего как наполнитель асфальтных покрытий дорог и тротуаров.

Результаты проведенного экономического сравнения по всем трем методам представлены в таблице 12.2.1.

Таблица 12.2.1 Приведенные затраты

Метод	Кап. затраты, млн. руб	Эксплуатационные затраты, млн. руб./год	Приведенные затраты, млн. руб.
Компостирование	40,6	8,14
Депонирование	1875	80,85	205,85
Термическая обработка	1605	126	233,00

Анализ вариантов утилизации осадка (компостирование, депонирование или термическая обработка) с точки зрения экологических рисков показывает, что наиболее привлекательным является вариант термической обработки осадка. Высвобождаемые от иловых полей земли могут использоваться в дальнейшем под цели благоустройства и строительства. Термическая обработка не только обеспечивает термическое обезвреживание отхода, но и способствует образованию материала, который может использоваться в строительстве. Отказ от использования иловых площадок предотвращает загрязнение подземных вод, что существенно повышает экологический рейтинг проекта. Однако, этот вариант не выгоден экономически, т.к. для реализации требуется большой объем капитальных вложений.

Наиболее сбалансированным вариантом утилизации осадка в условиях города Тюмени является компостирование осадка. Для оценки потребностей в капитальных вложениях в развитие системы водоотведения будет учитываться компостирование осадка. Технология обеспечивает сразу три функции: стабилизацию, обеззараживание, обезвоживание.

Информация об изменениях:

Раздел 12.3 изменен. - Постановление Администрации г. Тюмени от 17 октября 2017 г. N 669-пк

См. предыдущую редакцию

12.3. Развитие водоотводящей сети.

Для снижения аварийности в системе водоотведения необходимо увеличить объемы перекладки изношенных сетей. Для того, что бы снизить аварийность до 5,66 ав.км/год необходимо к 2040 году восстановить 87 км сети, также необходимо увеличить количество промывок трубопроводов.

Информация об изменениях:

Подраздел 12.4 изменен. - Постановление Администрации г. Тюмени от 24 августа 2020 г. N 154-пк

См. предыдущую редакцию

12.4. Определение варианта развития системы водоотведения города Тюмени.

Согласно муниципальному Контракту N 16000.15.002 от 30.01.2015 выбор варианта осуществляется Заказчиком. Заказчиком определен первый вариант развития системы водоотведения (946-15-Д1834-ПЗ.2.2, Приложение К) по части очистных сооружений (раздел 4.2.1. Очистные сооружения ).

В 2020 году анализ вариантов утилизации осадка (компостирование, депонирование или термическая обработка) с точки зрения экологических рисков показал, что наиболее привлекательным является вариант термической обработки осадка.

Следовательно, для развития системы водоотведения в части утилизации осадка по экологическим параметрам был выбран наиболее оптимальный вариант обработки обезвоженного осадка сточных вод - метод термической обработки осадка.

12.5. Развитие системы ливневой канализации.

Для улучшения экологической ситуации и ликвидации территорий подтопления на территории города Тюмени необходимо предусмотреть развитие системы ливневой канализации:

- развитие сети коллекторов;

- строительство очистных сооружений;

- строительство регулирующих резервуаров и насосных станций.

С учетом рельефа города Тюмени, а так же расположения объектов транспортной инфраструктуры и водных объектов, определены возможные места расположения локальных очистных сооружений и направления основных коллекторов.

Для решения вопроса отвода ливневого стока центральной части города (территория ВБ N 10), был предложен вариант частичного объединения систем ливневой и хозяйственно-бытовой канализации.

Оценка возможности приема части поверхностного стока на очистные сооружения хозяйственно-бытовой канализации:

Для определения максимального объёма поверхностных сточных вод, которые могут быть приняты на существующие городские очистные сооружения хозяйственно-бытовой канализации без ухудшения работы последних, был выполнен расчет.

При реконструкции аэротенков под технологию очистки включающую в себя нитри-денитрификации происходит снижение их производительности на 30-40% при неизменных объёмах данных сооружений. То есть, общая производительность аэротенков I и II очереди после реконструкции составит 220 000 х 0,6 = 132 000 м3/сут, что не обеспечит очистку существующего расхода сточных вод. Тем самым необходима реконструкция блока биологической очистки с обеспечением производительности 260 тыс. м3/сут.

Согласно расчетам, при существующей проектной производительности ГКОС, равной 220 000 м3/сут, максимальный объем кратковременного дополнительного притока составляет 111 355 м3/сут, а при реконструкции ГКОС с увеличением производительности до 260 000 м3/сут максимальный объем кратковременного дополнительного притока может составить 172 900 м3/сут, без существенного ухудшения качества очистки.

Поверхностные сточные воды после усреднения в резервуарах будут подаваться в систему хозяйственно-бытовой канализации. Объем резервуарного парка - 12947 м3. Площадь водосбора 398 га.

Руководством для выбора технологической схемы очистки поверхностных сточных вод и проектирования ОС поверхностного стока являются "Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты" ФГУП "НИИ ВОДГЕО", Москва 2006 г (далее Рекомендации).

По данным Рекомендациям в состав ОС поверхностного стока с селитебных территорий и площадок промпредприятий входят:

- решетки с прозорами не более 10 мм;

- песколовки;

- аккумулирующий резервуар - отстойник,

- насосная станция, откачивающая дождевую воду на сооружения доочистки;

- сооружения доочистки отстоянной дождевой воды.

Сооружения доочистки включают в себя:

- фильтры I-ой ступени - осветлительные фильтры с песчаной, антрацитовой или плавающей загрузкой;

- фильтры II-ой ступени - сорбционные угольные фильтры, обеспечивающие концентрацию нефтепродуктов в очищенной воде до 0,5 мг/л;

- фильтры III-ей ступени - сорбционные фильтры, обеспечивающие концентрацию нефтепродуктов в очищенной воде до 0,05 мг/л;

- сооружения обеззараживания очищенной воды ультрафиолетовым излучением.

На подводящем трубопроводе поверхностного стока к аккумулирующему резервуару - отстойнику устраивается перелив (ливнесброс) для сброса дождевой воды при дождях большой интенсивности, а также слабозагрязненных сточных вод, минуя ОС.

Аккумулирующий резервуар-отстойник выполняется в виде разделенного на секции железобетонного резервуара или пруда-отстойника, его назначение - принять первые загрязненные порции дождевой воды и задержать путем отстаивания основную массу взвешенных веществ и нефтепродуктов, содержащихся в поверхностном стоке. Для сбора всплывающих нефтепродуктов предусматриваются нефтесборные устройства.

Объем резервуара принимается на 10-30% больше максимального объема стока, поступающего от расчетного дождя.