bbk 000000

УДК 628.247.1:628.293:62-982

Хренов К. Е., Богомолов М. В., Дудченко Т. О., Пронин А. А., Шейнин Е. В., Ишмуратов Р. Р.

Установка вакуумной перекачки сточных вод

Аннотация

Описан опыт внедрения современных технологий МГУП «Мосводоканал» при реконструкции канализационных самотечных каналов и коллекторов, в том числе с использованием вакуумной перекачки сточных вод.

Ключевые слова:

канализационная система , реконструкция , диагностика , дюкер , полиэтилен , вакуум , перекачка

Скачать статью в журнальной верстке PDF

Московской канализации уже более 110 лет. Наиболее интенсивно система водоотведения развивалась в 1960–1970-е годы. В тот период административной границей города стала Московская кольцевая автомобильная дорога. Быстрое освоение присоединенных территорий, строительство крупных жилых районов и промышленных комплексов сопровождались развитием канализационной системы города с прокладкой каналов и коллекторов. В те годы при проектировании канализационных трубопроводов не уделялось большого внимания резервированию системы водоотведения, которая не имела достаточного количества узлов переключений и связок между каналами и коллекторами. В результате до настоящего времени было практически невозможно выполнить реконструкцию многих канализационных каналов и коллекторов в связи со сложностью снятия гидравлической нагрузки и вывода их из работы, а строительство байпасных каналов или временных насосных станций – процесс длительный и дорогостоящий.

В начале 2009 г. специалистами МГУП «Мосводоканал», генподрядной организации ЗАО «К-Строитель» совместно с ООО «Метапласт-С», а также при участии ООО «Институт «Каналстройпроект» было разработано принципиально новое техническое решение с использованием установки вакуумной перекачки сточных вод. Установка смонтирована и пущена в эксплуатацию в мае 2009 г. на объекте «Перекладка канализационных дюкеров через реку Москва ЮЗК, УЮЗК и подводящий канал к КОС».

Объект расположен на территории музея-заповедника «Коломенское» в северной его части, где проходят три нитки системы Юго-Западных каналов общей мощностью около 1,5 млн. м³/сут, подводящих сточные воды к крупнейшим в Европе Курьяновским очистным сооружениям от Центрального, Западного, Юго-Западного и Южного округов столицы. Переход каналов через р. Москву в этом месте выполнен в виде дюкера, состоящего из 16 стальных ниток 12D = 1200 мм и 4D = 1400 мм, проложенных в разное время (с 1940 г. по 1983 г.). Дюкеры начинаются на правом берегу
р. Москвы, проходят по территории музея-заповедника «Коломенское», далее – под судоходным руслом реки и затем присоединяются к камере напорного бассейна-регулятора на левом берегу реки на территории Курьяновских очистных сооружений (рис. 1).

По результатам регулярно проводимой специалистами МГУП «Мосводоканал» технической диагностики с использованием современных инструментальных методов контроля, включая водолазные работы, было установлено, что трубопроводы подвержены сильному абразивному износу лотковой части с образованием сквозных продольных трещин. Фактическая толщина стальных стенок в боковых и верхней частях трубопровода составила 6–9 мм. Было принято решение о реконструкции этого участка городской канализации.

Учитывая международный статус музея-заповедника «Коломенское», для реконструкции дюкерных переходов предпочтение отдавалось бестраншейным методам ремонта, которые минимизируют земляные работы и не приводят к перекрытию судоходного русла р. Москвы, как в случае с открытой прокладкой дюкеров. За основу было принято проектное решение, предусматривающее реконструкцию ниток дюкера методом «труба в трубе» с применением полиэтиленовых труб марки ПЭ-80.

Пилотный участок протяженностью 535 м был реализован в 2004 г. на шестой нитке дюкера диаметром 1200 мм. Дюкер имеет достаточно сложный профиль с углами опуска и подъема до 20. После предварительных работ по прочистке дюкера специальными снарядами были проведены его калибровка и измерение фактических углов поворота, определяющих диаметр протаскиваемого трубопровода. По результатам полученных измерений было решено использовать полиэтиленовые трубы ПЭ-80 с наружным диаметром 1000 мм.

Для выполнения работ по протаскиванию плети пилотный полиэтиленовый трубопровод был установлен на роликовые опоры и перемещался тяговой лебедкой при помощи стального троса. После окончания строительных работ и запуска опытного участка в эксплуатацию было принято решение реконструировать данным методом всю систему дюкерных переходов Юго-Западных каналов (рис. 2). В настоящее время проведена реконструкция всех шестнадцати ниток дюкера системы каналов.

Гидравлические расчеты показали, что пропускная способность ниток дюкера при реновации снизилась на 30–35%. В составе комплексной реконструкции данного объекта было разработано проектное решение о строительстве под р. Москвой нового дюкерного перехода рабочим диаметром 3 м, который компенсирует дефицит пропускной способности. Строительство компенсационного дюкера осуществлялось по бестраншейной технологии – методом щитовой проходки тоннелепроходческим комплексом канадской фирмы «Lovat» (d_щ = 4 м и протяженностью около 1,5 км с устройством железобетонной «рубашки»). Глубина заложения нового дюкера колеблется от 5 до 35 м, что обусловлено рельефом местности и гидрологическими условиями проходки щитового тоннеля под р. Москвой.

В настоящее время строительство компенсационного дюкерного перехода через р. Москву завершено, аналогов такого сооружения нет не только в России, но и в Европе. Для полного завершения работ по реконструкции данного объекта необходимо выполнить врезку компенсационного дюкера в подводящие каналы к Курьяновским очистным сооружениям и построить совместную камеру НКД-0.

Реализация этих мероприятий потребовала серьезных технических проработок. Сложность заключалась в том, что все транспортируемые стоки должны поступать на очистные сооружения, и при строительстве камеры НКД-0 невозможно снять гидравлическую нагрузку с подводящих каналов. Было принято решение о поэтапном строительстве этой камеры путем поочередного отключения существующих каналов на правом берегу р. Москвы. Сточные воды с отключаемого канала транспортируются на левый берег реки по вновь построенному компенсационному дюкеру, откуда их необходимо перекачать в приемную камеру Курьяновских очистных сооружений. В результате совместных разработок специалистов МГУП «Мосводоканал», ЗАО «К-Строитель», ООО «Метапласт-С», ООО «Институт «Каналстройпроект» было найдено новое техническое решение – организовать вакуумную перекачку сточных вод объемом более 1 млн. м³/сут, что составляет около 50% всего объема стока, поступающего на эти очистные сооружения (рис. 3).

Проведенные гидравлические расчеты показали, что максимальный расход по компенсационному дюкеру составит 1260 тыс. м³/сут. Для перекачки такого объема были смонтированы пять стальных байпасных трубопроводов 5D = 1400 мм, соединяющих компенсационный дюкер с приемной камерой Курьяновских очистных сооружений. Запуск системы в работу осуществляется с помощью специальной станции, оборудованной вакуумными насосами (рис. 4).

В результате комплексного расчета была получена зависимость производительности вакуумной установки от притока сточной жидкости и соответствующих колебаний уровня стоков в существующих камерах (рис. 5).

Данная система работает по принципу сообщающихся сосудов: вследствие равенства давлений жидкости на одной и той же высоте в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне. Транспортируемая по компенсационному дюкеру сточная жидкость имеет ламинарный режим движения. Попадая в камеру, поток становится турбулентным из-за особенностей ее конструкции, вследствие чего сточная жидкость, перекачиваемая по байпасным трубопроводам, сильно аэрируется. Избыточный воздух может привести к срыву вакуума и выключению всей системы. Для недопущения завоздушивания системы вакуумная установка оборудована вакуумными колоннами, размещенными в верхних точках байпасных трубопроводов (рис. 6).

В верхних частях колонн находятся воздушные пневматические трубопроводы, осуществляющие откачивание воздуха, ниже установлены датчики первого и второго уровней. Транспортируемый со сточной жидкостью воздух уменьшает разряжение, следовательно, столб воды, находящийся в вакуумной колонне, понижается. Для восстановления уровня жидкости по сигналу датчиков автоматически включается вакуумная станция. В свою очередь наличие вакуумных колонн исключает возможность попадания перекачиваемой сточной жидкости в вакуумную станцию. Вакуумные насосы в составе станции защищены системой сепарации при неоднократном колебании уровней жидкости, однако возможно их засорение, что может привести к отключению всей системы. Вакуумные колонны на каждом из трубопроводов позволяют заполнять их как в отдельности, так и все пять одновременно и соответственно поочередно отключать трубопроводы путем срыва вакуума.

Учитывая объемы перекачиваемой сточной жидкости, а также международный статус музея-заповедника «Коломенское», особое внимание было уделено резервированию и надежности вакуумной станции. Установка полностью автоматизирована и имеет систему оповещения с помощью GPS-связи о возможных нештатных ситуациях и о работе системы в целом. Энергоснабжение вакуумной установки осуществляется по первой категории надежности от двух независимых источников. Строительная площадка оборудована дизель-генераторной установкой мощностью 60 кВт. В случае полного отключения энергоснабжения станция может автономно работать в течение 4–5 часов, что достаточно для подключения дизель-генератора. За один месяц работы вакуумной установки эксплуатационные расходы на электроэнергию составили 350 кВт, что сопоставимо с ежемесячными затратами на электроэнергию нескольких московских семей.

Выводы

Применение вакуумной перекачки сточных вод позволит не только завершить строительство всего объекта в целом в кратчайшие сроки, но и осуществлять реновацию канализационных каналов и коллекторов, с которых невозможно снять гидравлические нагрузки и вывести их из работы на время проведения реконструкции.