bbk 000000

УДК

Мухин В. А.

Курьяновские очистные сооружения – стартовая площадка для новейших технологий

Аннотация

Курьяновские очистные сооружения (КОС) входят в состав филиала ПУ «Мосочиствод» МГУП «Мосводоканал» и рассчитаны на биологическую очистку 3 млн. м³/сут сточных вод. По этому параметру они являются одним из крупнейших в мире водоохранным комплексом.

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Курьяновские очистные сооружения (КОС) входят в состав филиала ПУ «Мосочиствод» МГУП «Мосводоканал» и рассчитаны на биологическую очистку 3 млн. м³/сут сточных вод. По этому параметру они являются одним из крупнейших в мире водоохранным комплексом. Сегодня этот комплекс состоит из трех
самостоятельных блоков производительностью 1 млн. м³/сут каждый: старого блока (КОСст) и двух новых – НКОС-1 и НКОС-2. Все три блока имеют общие сооружения по доочистке воды и обработке осадка сточных вод. На доочищенной воде работают головные сооружения Юго-Восточной системы технического водоснабжения Москвы.

История развития Курьяновского комплекса – это многолетний творческий труд специалистов по обеспечению санитарно-эпидемиологического благополучия столицы. Работа по модернизации очистных сооружений продолжается и в настоящее время.

В тридцатые годы прошлого века, в соответствии с программой индустриализации страны, в Москве начался быстрый рост промышленности. В эти годы создавались флагманы автомобилестроения – ЗИЛ, АЗЛК, а также подшипниковый, шинный, часовые заводы и другие предприятия, что обусловило приток рабочих, а, следовательно, рост населения. Закономерно увеличивалось и водопотребление. Для удовлетворения нужд города в питьевой воде были построены канал «Москва–Волга» и вторая в Москве Сталинская (Восточная) водопроводная станция.

Растущее водопотребление обусловило необходимость увеличения мощностей московской системы канализации, прежде всего очистных сооружений. Правительство страны приняло решение о строительстве новой очистной станции к юго-востоку от города на территории, примыкающей к реке Москве – приемнику очищенных сточных вод, на месте деревни Курьяново, давшей имя будущей станции – Курьяновская станция аэрации (ныне Курьяновские очистные сооружения). Прогнозные проработки, а затем проект предусматривали строительство Курьяновской станции аэрации производительностью 500 тыс. м³/сут сточных вод. Разработка проекта была поручена проектной конторе треста «Мосочиствод». В 1938 г. проект был закончен, начались работы по его реализации. Для переселения жителей из деревни Курьяново в районе станции Щербинка Московско-Курской железной дороги был построен благоустроенный поселок с необходимой инфраструктурой. После переселения жителей с территории, отведенной под строительство, начались подготовительные работы, которые прервала начавшаяся в 1941 г. война.

В 1946 г., сразу после окончания войны, несмотря на разруху и разорение (треть страны лежала в руинах), работы по строительству Курьяновской станции аэрации возобновились. Однако даже в годы войны работники действовавших в Москве Люблинской и Кожуховской очистных станций совместно с сотрудниками научно-исследовательского отдела треста «Мосочиствод», возглавляемого профессором С. Н. Строгановым, проводили исследования, результаты которых вместе с полученной научно-технологической информацией позволили скорректировать проект 1938 г.

Новый проект был разработан специалистами конторы «Мосводоканалпроект» под руководством главного инженера проекта сооружений механической очистки Р. Н. Стожарова и главного инженера сооружений биологической очистки З. А. Орловского. Активное участие в проектировании принимали также инженеры Н. А. Масленников (гидравлические расчеты), Н. Л. Казеев (механическая очистка), А. А. Кремишенский (сооружения по обработке осадка).

В те годы, в условиях информационной блокады страны, проектировщики могли пользоваться только отечественными достижениями в области науки и техники. Расчеты сооружений производились по зависимостям, предложенным А. А. Базякиной, К. Н. Корольковым, А. И. Жуковым. Учитывался также опыт эксплуатации Кожуховской и Люблинской станций аэрации.

Все механическое и энергетическое оборудование, предусмотренное проектом для оснащения Курьяновской станции аэрации, было отечественного производства, причем некоторые виды механического оборудования были созданы в процессе проектирования станции: плунжерные насосы, сорозадерживающие решетки, оборудование первичных и вторичных отстойников, мешалки для метантенков и пр.

В проекте предусматривалось решение проблемы утилизации продуктов, образующихся при очистке сточных вод. Так, очищенная вода использовалась в системе технического водоснабжения станции для охлаждения воздуходувок, обеспечения работы хлораторной. Осадок, сброженный в метантенках, намечалось применять в качестве удобрения. Образующийся в метантенках газ обеспечивал работу производственной котельной, тепловая энергия которой позволяла поддерживать необходимый температурный режим при сбраживании осадка. С учетом перепада уровня воды после вторичных отстойников была запроектирована гидроэлектростанция мощностью 5000 кВт.

В 1947 г., в условиях послевоенной экономики и всеобщего дефицита, началось строительство объектов Курьяновской станции аэрации. По постановлению правительства СССР от 20 октября 1947 г. № 3612 строительство было возложено на Министерство внутренних дел СССР, а для организации и проведения работ было создано спецуправление «Курьянстрой», использовавшее труд заключенных-уголовников. Все это свидетельствует о большом значении Курьяновской станции в жизнеобеспечении Московского региона.

Одновременно со строительством очистных сооружений возводился благоустроенный жилой поселок для рабочих, служащих и специалистов Курьяновской станции аэрации. В соответствии с планом Мосгорпроекта (главный архитектор И. П. Кычаков), в поселке предусматривался комплекс объектов социально-культурной сферы – школа, детские сады и ясли, больница, поликлиника, Дом культуры, продовольственные магазины, отделение милиции, почтовое отделение, то есть все необходимое для нормальной жизни людей.

Для инженерно-технического обеспечения строительства в составе треста «Мосочиствод» была создана Дирекция по строительству Курьяновской станции аэрации, в которую вошли: С. И. Быков – начальник, М. А. Эль – главный инженер, Н. Л. Казеев – начальник технического отдела, А. А. Кремишенский – начальник технадзора, И. Я. Коган – начальник отдела оборудования, С. А. Добронравов – главный энергетик, а также инженеры А. С. Ильина, Т. А. Соколова, В. В. Владимиров.

Строительство Курьяновской станции аэрации велось ударными темпами, и уже 18 декабря 1950 г., всего через 5 лет после окончания Великой Отечественной войны, станция приняла сточные воды на сооружения механической очистки. Весь персонал Дирекции по строительству был переведен в эксплуатационный штат станции. Начальником химико-бактериологической лаборатории был назначен А. А. Карпинский. Строительство станции продолжалось: в 1952 г. были сданы в эксплуатацию сооружения биологической очистки и метантенки.

К 1953 г. гигантской на тот период мощности Курьяновской станции (500 тыс. м³/сут) для Москвы стало недостаточно, поэтому последовало увеличение производительности, сначала до 750 тыс. м³/сут, а затем, в 1962 г., до 1 млн. м³/сут. Но к этому времени территория Москвы увеличилась до границы Московской кольцевой автомобильной дороги, в состав города вошло несколько населенных пунктов – Бабушкин, Перово, Люблино, Тушино, Кунцево. Таким образом, очистные сооружения Курьяновской станции аэрации стали работать с перегрузкой – остро ощущался дефицит производительной мощности. Вновь встал вопрос об увеличении производительности станции.

Для устранения возникшей диспропорции руководством Москвы в 1960 г. было принято решение об увеличении мощности Курьяновской станции аэрации до 3 млн. м³/сут сточных вод с учетом перспективы роста объемов водоотведения. Для решения проблемы были запроектированы два блока Ново-Курьяновской станции аэрации (НКСА I и НКСА II) производительностью по 1 млн. м³/сут.

Проектировщикам необходимо было разместить сооружения с новой производственной мощностью, учитывая перспективы развития города, на ограниченной территории, в связи с чем генеральный проектировщик – институт «Мосводоканалпроект» (в лице главного инженера проекта Г. С. Альтовского) пошел на беспрецедентное увеличение размеров единичных сооружений. Впервые в отечественной практике были разработаны радиальные отстойники (первичные и вторичные) диаметром 54 м и глубиной 6 м, а также четырехкоридорные аэротенки глубиной 6 м. Такое укрупнение габаритов позволило разместить два новых блока производительностью по 1 млн. м³/сут на территории, не превышающей площадь старого блока станции. При этом существенно уменьшилось число обслуживаемых сооружений: первичных отстойников – с 28 до 8, аэротенков – с 17 до 8, вторичных отстойников – с 42 до 8 единиц. Сократились капитальные и эксплуатационные затраты. Ново-Курьяновские сооружения были дополнены блоком доочистки воды на фильтрах с зернистой загрузкой проектной производительностью 2 млн. м³/сут. Строительство двух блоков было завершено в 1978 г.

Освоение и изучение специфики этих уникальных сооружений стало задачей коллектива специалистов Курьяновских очистных сооружений – В. А. Шпицберга, П. И. Вертебного, С. Е. Ковалева, В. С. Чечина, Б. А. Вайсфельда, Н. В. Пальгунова и др. Блоки очистных сооружений, построенные более 30 лет назад, полностью соответствовали водоохранным требованиям и нормативам своего времени.

Жизнеобеспечение и санитарное благополучие Московского региона зависит от надежности функционирования объектов Курьяновских очистных сооружений, работа которых в свою очередь в значительной степени зависит от надежности энергообеспечения станции. В этой связи в 2009 г. был введен в эксплуатацию автономный источник энергоснабжения – блок мини-ТЭС. Новый блок работает на биогазе, образующемся в процессе метанового сбраживания осадка сточных вод. При сбоях в системе внешнего энергоснабжения мини-ТЭС способна обеспечить до 50% потребности очистных сооружений в электроэнергии и до 40% – в тепловой энергии. Стабильному обеспечению биогазом мини-ТЭС и котельной Курьяновских очистных сооружений во многом способствовал комплекс мероприятий, реализованных специалистами станции и приведших к двукратному увеличению выхода биогаза. Это – оптимизация режима загрузки исходных осадков в метантенки, организация регламентной расчистки метантенков от балластных отложений, установка современного высокоэффективного перемешивающего оборудования.

Наиболее острой остается проблема утилизации обезвоженного осадка сточных вод, ежесуточный объем которого составляет 1500 м³. В настоящее время обезвоженный осадок Курьяновских очистных сооружений дополнительно обезвоживается в естественных условиях на площадках кондиционирования и используется для рекультивации карьеров в Московской области. В перспективе для утилизации осадка сточных вод планируется строительство двух заводов по его сжиганию, что позволит сократить объем образующихся отходов в 7 раз.

Одновременно с эксплуатацией сооружений инженерно-технический персонал станции выполнял большой объем исследовательских работ по изучению закономерностей процессов очистки сточных вод, конструктивных особенностей сооружений и оборудования, повышению технологической эффективности их работы. В этом отношении специалисты Курьяновской станции аэрации продолжили традиции своих предшественников, работавших на Кожуховской и Люблинской станциях аэрации. Результаты исследовательских работ, проводившихся на Курьяновской станции, учитывались в СНиП различных лет издания и были использованы для создания типовых проектов очистных сооружений. По типу московских очистных сооружений строились станции аэрации в Восточном Берлине, Софии и других городах.

Курьяновская станция аэрации с началом эксплуатации стала опытно-производственной базой для освоения и отработки новых для страны сооружений водоочистки, а также используемых технологий и оборудования. Впервые в стране были построены и освоены в эксплуатации опытно-производственный цех механического обезвоживания на вакуум-фильтрах и цех термической сушки осадка в барабанных печах.

В развитие направления механического обезвоживания осадков сточных вод на Курьяновской станции аэрации впервые в практике московской канализации в промышленных масштабах были освоены камерные фильтр-прессы, а в дальнейшем – мембранные камерные фильтр-прессы с предварительным кондиционированием осадка высокомолекулярными полиэлектролитами – флокулянтами. Практически параллельно с освоением новых фильтр-прессов специалистами Курьяновских станций аэрации также впервые были освоены механические сгущающие аппараты – гравитационные ленточные сгустители. По своим технологическим возможностям сгустители обеспечивали двукратное сокращение объема избыточного активного ила перед его загрузкой в метантенки. Впервые усилиями работников станции процесс метанового сбраживания осадка был переведен из мезофильного в термофильный режим, что позволило повысить санитарно-гигиеническую безопасность и технологическую эффективность работы метантенков.

Результатом тесного сотрудничества специалистов Курьяновской станции аэрации и Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, которую представлял кандидат технических наук А. М. Кожуринчев, явилась разработка оригинальной конструкции спирального теплообменника (запущенного в эксплуатацию в 1995 г.), позволившего использовать часть тепла сброженного осадка для предварительного подогрева осадков, загружаемых в метантенки. Со стороны Курьяновской станции аэрации данное направление вел инженер ОГЭ В. А. Яблоков.

Курьяновская станция аэрации всегда служила испытательным полигоном, лабораторией и исследовательской базой для многих технологических процессов, впервые внедряемых в стране. Многие молодые специалисты, начинавшие работать на станции или в лабораториях института «МосводоканалНИИпроект», размещенных на территории Курьяновских очистных сооружений, стали впоследствии известными учеными и инженерами. Это доктора технических наук Ю. М. Ласков и И. В. Скирдов, кандидаты технических наук Т. А. Карюхина, И. Н. Чурбанова, М. В. Козлова, Н. М. Козлова, Н. В. Пальгунов, Ф. А. Дайнеко, А. М. Эль, М. Н. Козлов, Д. А. Данилович, С. А. Стрельцов и др.

Исследовательские работы затрагивали как отдельные элементы схем очистки, так и всю технологию обработки воды и осадка в целом. Комплекс работ по интенсификации процессов механической очистки был выполнен под руководством и при непосредственном участии А. М. Эля. Работы завершились широкомасштабным внедрением мелкопрозорных решеток на Курьяновской и Люберецкой станциях аэрации. Это позволило увеличить эффективность очистки сточной воды от отбросов, улучшить состав осадков первичных отстойников, уменьшить количество засоров и нарушений в работе технологического оборудования.

С целью оптимизации работы сооружений кандидаты технических наук Г. Г. Иванов и М. Р. Телеснин проводили комплексное изучение технологических и гидродинамических факторов процесса очистки сточных вод в системе «аэротенк – вторичный отстойник» с использованием радиоактивной индикации потоков жидкости. В результате работы были определены гидравлические нагрузки на группы сооружений и отдельные сооружения станций, установлена степень неравномерности распределения гидравлических нагрузок, определены технологические и гидравлические режимы работы отстойников в штатных и экстремальных условиях эксплуатации, установлены эмпирические зависимости между технологическими и гидродинамическими параметрами процесса. Результаты исследований легли в основу регламентов эксплуатации станций аэрации.

Работы по созданию технологии нитри-денитрификации были начаты в конце 1970-х годов кандидатом технических наук Б. А. Ганиным и продолжены Н. Б. Карповой, С. М. Гридчиной, А. Н. Эповым, А. С. Шеломковым, Д. А. Даниловичем, М. Н. Козловым, О. В. Харькиной, Ю. А. Николаевым и др.

Для изучения процессов глубокой очистки сточных вод в 1983–1986 годах на Курьяновских очистных сооружениях в здании фильтров с движущимся слоем загрузки (фильтры С. И. Быкова) была построена пилотная станция глубокой очистки сточных вод производительностью 300 м³/сут. В состав станции вошли окситенки «Юнокс» и «Марокс», зернистые фильтры, сорбционные фильтры с гранулированным активированным углем, биореакторы с псевдосжиженным слоем гранулированного активированного угля, озонаторная станция.

Проведенные в 1980-е годы исследования в лаборатории очистки сточных вод (созданной Б. А. Ганиным на Курьяновской станции аэрации) легли в основу проектов строительства Зеленоградской и второго блока Ново-Люберецкой станций аэрации. Работы В. Г. Бабенчук, Г. С. Альтовского, Г. К. Каненко, А. М. Элем, И. Е. Бондаренко по усовершенствованию зернистых фильтров легли в основу регламентов эксплуатации крупнейшего в Европе цеха доочистки с использованием зернистых фильтров на Курьяновских очистных сооружениях.

Одним из основных факторов, ограничивающих использование воды поверхностных водоемов для питьевого водоснабжения, купания, отдыха и спорта, является зараженность воды патогенными микроорганизмами, значимым источником поступления которых являются сточные воды. Поэтому в Мосводоканале проблеме обеззараживания сточных вод всегда уделялось большое внимание. В ходе комплексных исследований процессов глубокой очистки и обеззараживания воды, проведенных В. Г. Бабенчук, Л. А. Ветрилэ, Е. В. Филимоновой и М. Н. Козловым, был проведен сравнительный анализ различных методов обеззараживания, испытан в производственных условиях и выбран оптимальный метод дезинфекции сточных вод – ультрафиолетовое обеззараживание. Развитие систем обеззараживания показало правильность выбранного направления. Построены и успешно эксплуатируются станции УФ-обеззараживания на очистных сооружениях в Зеленограде, Южном Бутове. Введен в строй крупнейший в мире блок УФ-обеззараживания очищенной воды на Люберецких очистных сооружениях производительностью 1 млн. м³/сут. В 2011 г. на Курьяновских очистных сооружениях будет сдан в эксплуатацию блок УФ-обеззараживания очищенной сточной воды производительностью 3 млн. м³/сут. Технологическое оборудование новых блоков разработано и изготовлено отечественной фирмой – НПО «ЛИТ».

В 1997 г. по решению генерального директора МГУП «Мосводоканал» С. В. Храменкова на Курьяновских очистных сооружениях был создан Инженерно-технологический центр по проблемам канализации, который в 2010 г. вошел в объединенный Инженерно-технологический центр предприятия (ИТЦ). Курьяновское отделение ИТЦ располагается в отдельном, специально оборудованном здании (рис. 1) на территории станции, имеет в своем распоряжении оснащенные современным оборудованием модельный зал и химико-аналитическую лабораторию (рис. 2), современные помещения для камеральных работ. Поскольку практически все проводимые работы проходят пилотную и опытно-промышленную стадии отработки и внедрения, ИТЦ располагает комплексом исследовательских установок различного масштаба. Центр проводит свою работу в тесном контакте с эксплуатационными службами ПУ «Мосочиствод».

Средний возраст специалистов Курьяновского отделения ИТЦ составляет 44 года, среди них 8 кандидатов и один доктор наук. Сотрудники Центра принимались на работу на конкурсной основе, что позволило собрать людей с опытом работы в ведущих научных центрах, среди которых: Институт экологических технологий (Швейцария), Лондонский королевский колледж, университеты городов Кардифа и Абердана (Англия), Институт биотехнологий (Германия), Технологический институт и Масачуссетский университет (США), Центр изучения окружающей среды в г. Цукуба (Япония).

Результаты исследований Центра по биологическому удалению соединений азота и фосфора из сточных вод (М. Н. Козлов, О. В. Харькина, А. Г. Дорофеев, В. А. Грачев, В. Г. Асеева) позволили создать и ввести в эксплуатацию один из крупнейших в мире блоков удаления биогенных элементов производительностью 500 тыс. м³/сут на Ново-Люберецких очистных сооружениях. Ключевым сооружением обработки осадка являются метантенки, в которых осуществляется процесс термофильного метанового сбраживания. Многие годы недостаточное перемешивание в метантенках приводило к заполнению большей части их объема песком и коркой. По результатам технико-экономических и технологических проработок, выполненных в ИТЦ (Л. С. Савельева), было выбрано оптимальное направление – использование консольных низкооборотных мешалок. После успешных опытно-промышленных испытаний они были внедрены на Люберецких и Курьяновских очистных сооружениях, что позволило обеспечить увеличение выхода биогаза на 20% для использования на теплоэлектростанции (мини-ТЭС).

Ежегодно в процессе водоподготовки на водопроводных станциях Москвы образуется около 30 тыс. тонн сухого вещества водопроводного осадка. До недавнего времени он накапливался в прудах и карьерах и помещался на иловые площадки. Чтобы экологически безопасно утилизировать водопроводный осадок с учетом градостроительных задач в Московской области, необходимо его обезвоживание. Курьяновским отделением ИТЦ (М. Н. Козлов) были выполнены комплексные исследования процессов образования, уплотнения и обезвоживания осадка станций водоподготовки. На основании полученных результатов был запроектирован и пущен в эксплуатацию цех механического обезвоживания осадка на Восточной станции водоподготовки.

Сброженный осадок Курьяновских очистных сооружений является ценным удобрением и может использоваться для восстановления почвенного покрова в городе. Однако механические и органолептические свойства обезвоженного сброженного осадка не позволяют применять его для городского озеленения и в питомниках декоративного садоводства. В ИТЦ разработан технологический процесс компостирования сброженного осадка (А. Я. Ванюшина), позволяющий улучшить его структуру и снизить микробиологическое загрязнение до уровня нормативных требований. Полученный компост был использован в производственном эксперименте по озеленению Волгоградского проспекта Москвы.

Работоспособность приборов контроля имеет ключевое значение для эффективной эксплуатации современных очистных сооружений. Образцы нового контрольно-измерительного оборудования предварительно проходят стендовые или натурные испытания с привлечением сотрудников ИТЦ (А. Г. Дорофеев, В. А. Грачев). За годы работы Центра испытаны десятки образцов оборудования зарубежных и отечественных производителей. В ИТЦ созданы и применяются уникальные для нашей страны лабораторные стенды, позволяющие определять основные биохимические характеристики активного ила и его микроскопический состав с помощью компьютерного имидж-анализа (В. Г. Асеева).

Проблема утилизации снега, убираемого с городских улиц, является чрезвычайно актуальной. При проектировании снегосплавных пунктов Курьяновским отделением ИТЦ для разработки исходных данных были изучены процессы плавления снега и льда (А. Р. Агевнин). Был проведен производственный эксперимент по плавлению снега, положивший начало созданию промышленных снегосплавных пунктов на канализационной сети.

С 1998 г. ИТЦ проводит экомониторинг реки Москвы. Исследована и внедрена система биотестирования очищенной воды на основании анализа жизнедеятельности разных видов гидробионтов. По данным лабораторного моделирования и натурных наблюдений выявлены основные закономерности процессов самоочищения на разных участках реки, а также определена роль биологически очищенных вод в этих процессах (Н. М. Щеголькова).

Большое внимание уделяется перспективным технологиям удаления азота и фосфора в виде магния-аммония фосфата (В. И. Скляр), анаэробного окисления аммония – АНАММОКС, мембранным биореакторам и другим технологическим приемам, основанным на улучшении седиментационных свойств активного ила (Ю. А. Николаев, А. Г. Дорофеев). Активно ведутся работы по математическому моделированию технологических процессов (О. В. Харькина).

В заключение следует отметить, что Курьяновские очистные сооружения, которые начали службу городу более 60 лет назад, продолжают быть кузницей новых технологий и источником квалифицированных кадров для МГУП «Мосводоканал».