bbk 000000

УДК 628.35.004.4

Носкова И. А., Баженов В. И., Эпов А. Н.

Использование комплексов имитационного моделирования для технологий очистки сточных вод

Аннотация

Предметом исследований являлся сравнительный анализ комплексов программного обеспечения для имитационного моделирования процессов очистки сточных вод с целью решения задач проектирования и эксплуатации, а также оценка исходных данных для формирования вводных параметров математических моделей. Проанализированы основные параметры описания наиболее сложных моделей с активным илом ASM. Результаты исследований представлены анализом примеров: распределения фракций ХПК в российских условиях и для некоторых стран, характерной неравномерности поступления расхода сточных вод и исходных загрязнений по часам суток, расчетных и измеренных скоростей потребления кислорода OUR, процесса калибровки модели во времени, оптимизации размеров зоны денитрификации в аэротенке для процесса MUCT. Анализ современного программного обеспечения выявил расчетный комплекс GPS-X (Hydromantis, Канада) как наиболее полный и комплексный продукт. Предложенная методика включает комплекс мероприятий: определение фракционирования ХПК с использованием анализатора OxiTop (WTW, Германия); оценка неравномерности поступления исходных масс загрязнений по основным показателям; респирометрические исследования, статистическая обработка данных, полученных на объекте. В ходе имитационного моделирования гидродинамическая структура сооружений очист­ки сточных вод представляется последовательно соединенными ячейками смесителей. Количество ячеек назначается исходя из длины и ширины сооружения, скорости потока, интенсивности перемешивания, наличия внутренних перегородок, а также внутренних рециркуляционных потоков. С помощью имитационной модели возможно оптимизировать следующие показатели: соотношение зон в аэротенке, возраст ила, концентрация растворенного кислорода, величина коэффициентов рециркуляции, а также параметры системы автоматизированного управления.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , математическое моделирование , модели ASM , имитационное моделирование , программное обеспечение GPS­X

bbk 000000

УДК 628.35:004.69

Егорова Ю. А., Левин Д. И., Люшина Л. Ф., Петропавловский С. А., Баженов В. И., Данилович Д. А., Носкова И. А.

Комплексная реконструкция городских  очистных канализационных сооружений г. Самары

Аннотация

Представлен опыт ООО «Самарские коммунальные системы» по проектированию, строительству и реконструкции городских очистных канализационных сооружений производительностью 450–700 тыс. м^3/сут. При неблагоприятном экологическом состоянии реки Волги в среднем и нижнем течении задача повышения эффективности очистки сточных вод является приоритетной, что подтверждено программой Министерства энергетики и ЖКХ Самарской области на 2013–2019 годы. Представлены результаты внед­рения технологии биологической очистки сточных вод на базе процесса UCT с оригинальной компоновкой зон и рециклов путем модификации существующих емкостей четырехкоридорных аэротенков. Приводятся обоснованные технические решения ключевых сооружений, определяющих энергоэффективность и рациональность проекта реконструкции воздуходувной станции с применением механически регулируемых воздуходувок (диапазон производительности каждой 59,4–132,1 тыс. Нм³/ч) и строительства двух иловых насосных станций с регулируемой подачей 15000–27360 м³/ч стоков. Внедрена система технологичес­кого и автоматизированного управления. Ограниченный срок проектных работ потребовал использования быстрых и эффективных методов расчета с помощью имитационного моделирования технологических процессов в среде GPS-X (модель ASM2d), вычислительной гидродинамики – в среде ANSYS Fluent. Приводится прогноз динамики изменения эффективности очистки в течение суток с обес­печением среднесуточных концентраций, мг/л: взвешенных веществ – 15,5; БПК5 – 5,7; ХПК – 34,9; N–NH₄ – 0,25; N–NO₂, N–NO₃ – 7,02; P–PO₄ – 0,68. Относительно высокий вынос взвешенных веществ обусловлен значительным расчетным значением илового индекса (150 см³/г). На стадии реализации экологически эффективных мероприятий признано экономически нецелесообразным строительство комплекса доочистки стоимостью 400 млн руб. (около 30% от стоимости реконструкции всей станции). Перед пусконаладочными работами достигнута фактическая экономия электроэнергии в размере 13 млн кВт·ч/год, в том числе 8,8 млн кВт·ч/год за счет замены воздуходувного оборудования, 4,2 млн кВт·ч/год за счет замены эрлифтов иловыми насосными станциями с погружными насосами. Целевые показатели проекта и использованные в нем технические решения соответствуют наилучшим доступным техноло­гиям.

Ключевые слова

реконструкция , энергоэффективность , наилучшие доступные технологии , аэротенк , имитационное моделирование , очистные канализационные сооружения , процесс UCT , GPS-X

УДК 628.35
DOI 10.35776/VST.2024.12.05

Рожков В. С., Нездойминов В. И., Васильева Ю. В.

Моделирование систем биологической очистки сточных вод с одновременной нитри-денитрификацией с помощью ASM3P-2SND
(в порядке обсуждения)

Аннотация

Рассмотрены вопросы математического моделирования систем биологической очистки сточных вод с активным илом на основании эмпирических уравнений. Отмечено, что существующие подходы к имитационному моделированию имеют недостатки, затрудняющие описание биологических процессов с активным илом в сооружениях, где протекает одновременная нитри-денитрификация. Предложена усовершенствованная математическая модель ASM3P-2SND для очистки городских сточных вод активным илом. Указанная модель дополнительно учитывает преобразования соединений фосфора при жизнедеятельности автотрофов и гетеротрофов, описывает взаимные преобразования окисленных форм азота – нитратов и нитритов, а также может быть адаптирована для учета диффузионных ограничений проникновения субстрата и кислорода в хлопок активного ила в биореакторах с одновременной нитри-денитрификацией. Выполнена проверка на сходимость, настройка и калибровка предложенной модели на действующих сооружениях с одновременной нитри-денитрификацией, а также в полупромышленных условиях очистки сточных вод в эрлифтных биореакторах. Установлено, что предложенная модель активного ила ASM3P-2SND достаточно адекватно описывает процессы биологической очистки с одновременной нитри-денитрификацией и способна учитывать диффузионные ограничения проникновения кислорода и раст­воренного субстрата в хлопок активного ила. Качественно установлена зависимость предложенных для адаптации модели коэффициентов диффузионных ограничений от крупности хлопка активного ила.

Ключевые слова

биологическая очистка , одновременная нитри-денитрификация , активный ил , имитационное моделирование , модель ASM3P-2SND

bbk 000000

УДК 628.356.1:621.61

Битиев А. В., Басов Н. С., Новиков С. Н., Смоленский А. В., Устюжанин А. В., Баженов В. И.

Прогнозирование энергосберегающего эффекта  управляемой подачи воздуха  для Ново-Люберецких очистных сооружений

Аннотация

Стратегия развития АО «Мосводоканал» предусматривает
планомерное внедрение энергоэффективных решений в практику, для обоснования которых предложен метод математического прогнозирования энергосберегающего эффекта управляемой подачи воздуха воздуходувной станции блока № 1 Ново-Люберецких очистных сооружений Москвы. В качестве ключевого и экономически выгодного способа энергосбережения предлагается обеспечение управляемой подачи воздуха в аэротенки для процессов биологической очистки сточных вод. Энергосберегающий эффект определялся сравнением результирующих энергозатрат для двух состояний прогнозируемой системы подачи воздуха – базового без управления и управляемого. При формировании исходных данных и методов измерений использованы тарированные приборы учета действующей системы SCADA и данные аттестованной лаборатории. Выполнено экспериментальное обследование воздуходувной станции с агрегатами Н750-23-6. Среднее снижение подачи воздуха в результате износа агрегатов за 35-летний срок эксплуатации составило 5,8–10,4%, снижение рабочего давления – 40,7–5,4%. Изоэнтропный КПД агрегатов Н750-23-6 составил 75% при паспортной величине 79%. Рассмотрен метод прогнозирования энергосберегающего эффекта, включающий математическую модель потребляемой мощности. Модель обеспечила среднюю относительную погрешность вычисления 1,27% при верификации к натурным условиям действующего объекта. Математическое прогнозирование энергосберегающего эффекта выявило резерв в размере 32,5%, или 11 343,97 тыс. кВт·ч/год, что соответствует экономии 30 061,52 тыс. руб/год (без НДС). Технической основой энергоэффективности выбран вариант воздуходувных агрегатов с поворотно-лопастным способом регулирования. Результаты исследований легли в основу энергосервисного контракта.

Ключевые слова

энергоэффективность , прогнозирование , очистные сооружения канализации , имитационное моделирование , воздуходувная станция , поворотно-лопастное регулирование , энергосервисный контракт , энергосберегающий эффект

bbk 000000

УДК 628.356.1:621.61

Ракицкий Д. С., Егорова Ю. А., Левин Д. И., Гордеев С. А., Нагорный С. Л., Баженов В. И., Петров В. И., Устюжанин А. В.

Энергоэффективный принцип реконструкции  воздуходувной станции городских очистных  канализационных сооружений Самары

Аннотация

В качестве ключевого, экономически выгодного мероприятия по энергосбережению и окупаемости инвестиций в сфере водоотведения компания «Самарские коммунальные системы» обосновывает процессы управления подачей воздуха на городских очистных канализационных сооруже­ниях. Разработан и успешно реализован крупный комплекс воздуходувной станции путем реконструкции типовых для условий РФ проектов института СоюзводоканалНИИпроект на расчетную подачу 132 144 Нм³/ч. Представлены особенности строительно-монтажных работ при установке агрегатов массой 15 тонн в условиях ограниченной способности грузоподъемных устройств (9 тонн). В основу энергосберегающего решения принят механический поворотно-лопастной принцип регулирования воздухонагнетателей. На первом этапе внедрения, при отсутствии действующей АСУ ТП, зафиксировано снижение удельного энергопотребления на 26,1% при среднем значении удельного энергопотребления 22,39 кВт/1000 Нм³. Технологическая часть отражает возможность регулирования подачи воздуха в аэротенки 45–100%, а также ее связь с потребляемой мощностью 1273,2–2674,2 кВт (для температуры воздуха на входе 20°C, относительной влажности 50%). Представлена двухконтурная схема автоматизированной системы управления «блок управления задвижками аэротенков – группа воздуходувных агрегатов». Приведен анализ тестовых испытаний воздухонагнетателей на заводе-изготовителе. Представлены и обоснованы параметры регулирования центробежных воздуходувных агрегатов посредством двух управляющих воздействий: регулируемого диффузора на выходе и входного направляющего аппарата. Разработана и проверена экспериментально математическая методика пересчета характеристик воздуходувных агрегатов с применением базового понятия «степень регулирования». Использование методики обосновывает широкий диапазон рабочих характеристик регулируемых агрегатов для всех сезонов года, режим совместной работы одного неуправляемого и трех управляемых воздуходувных агрегатов на период экспериментальных работ.

Ключевые слова

реконструкция , энергоэффективность , имитационное моделирование , воздуходувная станция , очистные канализационные сооружения , поворотно-лопастное регулирование