Как известно, в Российской Федерации объем бытовых стоков превышает две трети общего количества загрязненных вод. При этом вовсе не проходят очистку 7% этого объема. Но даже очищаемые стоки не обрабатываются до нормативных требований (до них доводится всего 46%).
Причины сложившегося положения, в общем, очевидны: свыше 30% канализационных сетей изношены полностью и требуют полной замены как трубопроводов, так и оборудования, однако в 2009 году, по данным программы «Чистая вода», было заменено только 0,4% коммуникаций. В результате на каждом пятом километре сетей происходит по одной аварии в год, причем почти всегда такая авария приводит к весьма серьезным социальным и экологическим последствиям.
За примером не нужно далеко ходить: в прошлом, 2010 году критический износ канализационных труб, проложенных еще в советское время, привел к крупной аварии в Твери. Прорыв канализации в Ейске уже этой весной загрязнил и без того «проблемный» участок Азовского моря. Продолжать можно долго, однако без активных и действенных мер в обозримом будущем ситуация вряд ли улучшится.
Понятно, что исправление создавшегося положения требует неотложных мероприятий, выполнить которые без серьезной и планомерной государственной поддержки (как инвестиционной, так и правовой) большинству водоканалов не под силу. В связи с этим недавнее принятие государственной программы является признаком благоприятных изменений в состоянии отрасли.
Как и в других целевых программах, отбор региональных заявок на средства федерального бюджета для реконструкции будет осуществляться ежегодно, причем определены основные критерии, в число которых, в частности, входит реализация мероприятий с использованием инновационной продукции, обеспечивающей энергосбережение и повышение энергетической эффективности.
Между тем положительный опыт в модернизации крупных канализационных сетей в больших городах накоплен немалый, причем некоторые объекты успешно работают уже более 10 лет. Например, как весьма успешную отечественные и зарубежные специалисты оценивают реконструкцию Центральных очистных сооружений (ЦОС) Санкт-Петербурга, которая была проведена в 1998 году.
До строительства в 1978 году ЦОС хозяйственно-бытовые стоки от прилегающих к Неве зданий сбрасывались непосредственно в каналы, попадая затем в дельту реки и Финский залив. Это вызывало серьезное биологическое загрязнение вод Балтийского моря, причем не только российских, но и сопредельных стран. Строительство станции на некоторое время решило проблему. Однако, хотя первоначально очистные сооружения справлялись с нагрузкой, за двадцать лет эксплуатации в условиях быстро разрастающегося города их мощностей стало недоставать.
В итоге к середине 90-х годов уровень фосфора в водах Невы и Финского залива существенно превысил ПДК, что вызвало стремительное развитие сине-зеленых водорослей (эвтрофикацию). Это стало серьезной экологической проблемой Балтики.
Поскольку ситуация вызывала серьезное беспокойство экологов России и других стран региона, в 1996–1998 годах была разработана и принята трехсторонняя межгосударственная программа (Россия–Дания–Финляндия), целью которой была кардинальная реконструкция ЦОС, учитывающая не только устранение существующих проблем, но и возможность перспективного развития города без вреда для окружающей среды. Модернизация предполагала повышение энергоэффективности станции, чтобы качественно снизить энергопотребление и создать таким образом запас мощности для дальнейшего развития сооружений.
Хронологически, в рамках межгосударственной программы, первым стал проект по совершенствованию технологии очистки сточных вод на Центральных очистных сооружениях (их производительность составляет 1500 тыс. м³/сутки, что делает этот объект одним из крупнейших в Европе). Он осуществился благодаря поддержке Фонда Джона Нурминена (Финляндия). Фондом была разработана программа инвестиций «Чистое море», которая главной целью имела снижение содержания фосфора в очищенной воде на первом этапе до 1,0 мг/л, а в дальнейшем – до 0,5 мг/л.
Одной из задач реконструкции стала замена насосного оборудования. До модернизации станция очистки была оснащена 12-пропеллерными насосами мощностью в 125 кВт каждый. Все они были заменены на новые энергоэффективные агрегаты GRUNDFOS серии S по 65 кВт (см. рис. 1). По оценке эксплуатирующей организации, предпринятые меры позволили существенно сократить потребление электроэнергии.
Рис. 1. Насос GRUNDFOS серии S типоразмера 66 с канальным рабочим колесом
Кроме того, в результате замены значительно снизились затраты на обслуживание во многом благодаря применению запатентованного узла SmartTrim. Как известно, в обычных насосах при необходимом техническом обслуживании восстановление заводской установки щелевого зазора рабочего колеса отнимает много времени и требует больших затрат. Для того чтобы отрегулировать щелевой зазор, насос необходимо отсоединить от трубопровода, полностью разобрать и установить новые детали. Система SmartTrim позволяет вернуть заводскую установку щелевого зазора рабочего колеса и восстановить КПД без демонтажа агрегата (см. рис. 2), поскольку регулировочные винты расположены непосредственно на корпусе. Таким образом количество и продолжительность простоев минимизируется.
Рис. 2. Потери КПД. А – с системой регулировки зазора рабочего колеса SmartTrim; В – без системы регулировки зазора рабочего колеса
Помимо замены насосов, была проведена диспетчеризация очистных сооружений, в результате которой все оборудование управляется из общего диспетчерского пункта. Это также позволило сократить трудозатраты и оптимизировать процессы очистки.
Администрация Санкт-Петербурга была полностью удовлетворена результатами переоборудования ЦОС и последующим сервисным обслуживанием. Поскольку насосы без проблем работают с 1998 года по настоящее время, требуя лишь регламентных работ, подобная техника стала применяться на объектах городского водоснабжения и водоотведения повсеместно.
Подобный же масштабный проект совсем недавно был осуществлен в центральной России. Модернизацию, основанную на энергосберегающих технологиях, провел Водоканал Воронежа. Здесь также возникли проблемы с организацией водоотведения, поскольку большая часть канализационной системы большого промышленного города была создана еще в 60-х годах прошлого века (разработка «Воронежгражданпроект») и практически не реконструировалась.
К сегодняшнему дню система водоотведения Воронежа состоит из почти 1000 км канализационных сетей, на которых установлено около 26 тысяч колодцев и 39 канализационных насосных станций. Кроме того, МУП «Водоканал Воронежа» продолжает работы по подключению новых районов и обширного частного сектора города. Например, в прошлом году закончилось строительство подземной части канализационной насосной станции на Онежской улице. Приемное отделение и машинный зал с камерами переключения напорных и подводящих трубопроводов сооружены на глубине 6 м, там уже установлено современное насосное оборудование. Новая канализационная насосная станция проектировалась и строится с учетом первой категории надежности, поэтому оснащается автономной системой резервного электропитания.
Так как до 40% себестоимости 1 м³ воды в Воронеже приходится на электричество, на водоканале действует система поэтапного введения энергосберегающих технологий. В частности, с 2003 года началась программа реконструкции управления водоснабжением и водоотведением на основе преобразователей частоты и устройств плавного пуска асинхронных двигателей. Это дало возможность серьезно (до 30%) сократить энергозатраты, снять проблему высоких пусковых токов и заметно снизить издержки на ремонт техники. По предварительным расчетам, использование подобных технологий и современного насосного оборудования позволяет сократить энергозатраты на 50-60%.
В результате модернизационных мероприятий в период с апреля по декабрь 2010 года были реконструированы 6 районных КНС, в каждой из которых были установлены современные насосы GRUNDFOS серий S и SE со шкафами Control MC на основе системы Modular Controls (см. рис. 3).
Рис. 3. Устройство управления насосами в функции уровня
Она была специально разработана для управления и мониторинга от 1 до 6 канализационных насосов и позволяет контролировать их по цифровым и/или аналоговым выходам и входам. Особенность Modular Controls заключается в модульном построении системы. Ее компоненты можно комбинировать в различных вариантах так, чтобы размер и уровень сложности системы управления соответствовали контролируемому объекту, добавляя при необходимости новые блоки.
Основа системы – управляющее устройство CU 401. К нему подключается от 1 до 3 блоков IO 401, каждый из которых осуществляет контроль работы одного или двух насосов. Особенностью Modular Controls является возможность беспроводного удаленного управления через ПК или с мобильного телефона. Если на объекте уже применяется SCADA-система, Modular Controls может интегрироваться с ней.
Подобным же образом происходит реконструкция канализационных сетей в столице Алтая – Барнауле. В рамках городской подпрограммы «Модернизация объектов коммунальной инфраструктуры» запланировано и реализуется строительство системы канализования кварталов 1051, 2000, 2001. В нее входят 17 км трубопроводов и две современные канализационные насосные станции – КНС-20 (производительностью 50 м³/сутки) и КНС-21 (производительностью 80 тыс. м³/сутки. Реализация программы позволит ввести в строй новые очереди жилья, а также улучшить ситуацию с водоотведением в Индустриальном районе и в целом по городу.
В проекте, разработанном новосибирским ОАО «Сибгипрокоммунводоканал», использованы энергоэффективные насосы серии SE с функцией автоадапт (встроенный регулятор частоты), которые дают возможность до половины сократить потребление электроэнергии на станции и существенно упростить обслуживание КНС. Интересно, что автор проекта реконструкции КНС-21, инженер Эмилия Манузина, стала лауреатом традиционного конкурса проектировщиков GRUNDFOS и получила главный приз – автомобиль «Форд Фокус».
Успешный опыт, приобретенный при реконструкции систем водоотведения в разных регионах России, свидетельствует, что задача повышения уровня централизации и качества канализационных сетей к 2017 году до 84% (с 73% в 2010 г.) вполне достижима. При этом гибкость подходов к инвестированию, а также помощь государства позволят в кратчайшие сроки провести модернизацию устаревших систем и вывести отрасль на новый уровень развития.
О. БОРИСОВА, ООО «ГРУНДФОС»
Причины сложившегося положения, в общем, очевидны: свыше 30% канализационных сетей изношены полностью и требуют полной замены как трубопроводов, так и оборудования, однако в 2009 году, по данным программы «Чистая вода», было заменено только 0,4% коммуникаций. В результате на каждом пятом километре сетей происходит по одной аварии в год, причем почти всегда такая авария приводит к весьма серьезным социальным и экологическим последствиям.
За примером не нужно далеко ходить: в прошлом, 2010 году критический износ канализационных труб, проложенных еще в советское время, привел к крупной аварии в Твери. Прорыв канализации в Ейске уже этой весной загрязнил и без того «проблемный» участок Азовского моря. Продолжать можно долго, однако без активных и действенных мер в обозримом будущем ситуация вряд ли улучшится.
Понятно, что исправление создавшегося положения требует неотложных мероприятий, выполнить которые без серьезной и планомерной государственной поддержки (как инвестиционной, так и правовой) большинству водоканалов не под силу. В связи с этим недавнее принятие государственной программы является признаком благоприятных изменений в состоянии отрасли.
Как и в других целевых программах, отбор региональных заявок на средства федерального бюджета для реконструкции будет осуществляться ежегодно, причем определены основные критерии, в число которых, в частности, входит реализация мероприятий с использованием инновационной продукции, обеспечивающей энергосбережение и повышение энергетической эффективности.
Между тем положительный опыт в модернизации крупных канализационных сетей в больших городах накоплен немалый, причем некоторые объекты успешно работают уже более 10 лет. Например, как весьма успешную отечественные и зарубежные специалисты оценивают реконструкцию Центральных очистных сооружений (ЦОС) Санкт-Петербурга, которая была проведена в 1998 году.
До строительства в 1978 году ЦОС хозяйственно-бытовые стоки от прилегающих к Неве зданий сбрасывались непосредственно в каналы, попадая затем в дельту реки и Финский залив. Это вызывало серьезное биологическое загрязнение вод Балтийского моря, причем не только российских, но и сопредельных стран. Строительство станции на некоторое время решило проблему. Однако, хотя первоначально очистные сооружения справлялись с нагрузкой, за двадцать лет эксплуатации в условиях быстро разрастающегося города их мощностей стало недоставать.
В итоге к середине 90-х годов уровень фосфора в водах Невы и Финского залива существенно превысил ПДК, что вызвало стремительное развитие сине-зеленых водорослей (эвтрофикацию). Это стало серьезной экологической проблемой Балтики.
Поскольку ситуация вызывала серьезное беспокойство экологов России и других стран региона, в 1996–1998 годах была разработана и принята трехсторонняя межгосударственная программа (Россия–Дания–Финляндия), целью которой была кардинальная реконструкция ЦОС, учитывающая не только устранение существующих проблем, но и возможность перспективного развития города без вреда для окружающей среды. Модернизация предполагала повышение энергоэффективности станции, чтобы качественно снизить энергопотребление и создать таким образом запас мощности для дальнейшего развития сооружений.
Хронологически, в рамках межгосударственной программы, первым стал проект по совершенствованию технологии очистки сточных вод на Центральных очистных сооружениях (их производительность составляет 1500 тыс. м³/сутки, что делает этот объект одним из крупнейших в Европе). Он осуществился благодаря поддержке Фонда Джона Нурминена (Финляндия). Фондом была разработана программа инвестиций «Чистое море», которая главной целью имела снижение содержания фосфора в очищенной воде на первом этапе до 1,0 мг/л, а в дальнейшем – до 0,5 мг/л.
Одной из задач реконструкции стала замена насосного оборудования. До модернизации станция очистки была оснащена 12-пропеллерными насосами мощностью в 125 кВт каждый. Все они были заменены на новые энергоэффективные агрегаты GRUNDFOS серии S по 65 кВт (см. рис. 1). По оценке эксплуатирующей организации, предпринятые меры позволили существенно сократить потребление электроэнергии.
Рис. 1. Насос GRUNDFOS серии S типоразмера 66 с канальным рабочим колесом
Кроме того, в результате замены значительно снизились затраты на обслуживание во многом благодаря применению запатентованного узла SmartTrim. Как известно, в обычных насосах при необходимом техническом обслуживании восстановление заводской установки щелевого зазора рабочего колеса отнимает много времени и требует больших затрат. Для того чтобы отрегулировать щелевой зазор, насос необходимо отсоединить от трубопровода, полностью разобрать и установить новые детали. Система SmartTrim позволяет вернуть заводскую установку щелевого зазора рабочего колеса и восстановить КПД без демонтажа агрегата (см. рис. 2), поскольку регулировочные винты расположены непосредственно на корпусе. Таким образом количество и продолжительность простоев минимизируется.
Рис. 2. Потери КПД. А – с системой регулировки зазора рабочего колеса SmartTrim; В – без системы регулировки зазора рабочего колеса
Помимо замены насосов, была проведена диспетчеризация очистных сооружений, в результате которой все оборудование управляется из общего диспетчерского пункта. Это также позволило сократить трудозатраты и оптимизировать процессы очистки.
Администрация Санкт-Петербурга была полностью удовлетворена результатами переоборудования ЦОС и последующим сервисным обслуживанием. Поскольку насосы без проблем работают с 1998 года по настоящее время, требуя лишь регламентных работ, подобная техника стала применяться на объектах городского водоснабжения и водоотведения повсеместно.
Подобный же масштабный проект совсем недавно был осуществлен в центральной России. Модернизацию, основанную на энергосберегающих технологиях, провел Водоканал Воронежа. Здесь также возникли проблемы с организацией водоотведения, поскольку большая часть канализационной системы большого промышленного города была создана еще в 60-х годах прошлого века (разработка «Воронежгражданпроект») и практически не реконструировалась.
К сегодняшнему дню система водоотведения Воронежа состоит из почти 1000 км канализационных сетей, на которых установлено около 26 тысяч колодцев и 39 канализационных насосных станций. Кроме того, МУП «Водоканал Воронежа» продолжает работы по подключению новых районов и обширного частного сектора города. Например, в прошлом году закончилось строительство подземной части канализационной насосной станции на Онежской улице. Приемное отделение и машинный зал с камерами переключения напорных и подводящих трубопроводов сооружены на глубине 6 м, там уже установлено современное насосное оборудование. Новая канализационная насосная станция проектировалась и строится с учетом первой категории надежности, поэтому оснащается автономной системой резервного электропитания.
Так как до 40% себестоимости 1 м³ воды в Воронеже приходится на электричество, на водоканале действует система поэтапного введения энергосберегающих технологий. В частности, с 2003 года началась программа реконструкции управления водоснабжением и водоотведением на основе преобразователей частоты и устройств плавного пуска асинхронных двигателей. Это дало возможность серьезно (до 30%) сократить энергозатраты, снять проблему высоких пусковых токов и заметно снизить издержки на ремонт техники. По предварительным расчетам, использование подобных технологий и современного насосного оборудования позволяет сократить энергозатраты на 50-60%.
В результате модернизационных мероприятий в период с апреля по декабрь 2010 года были реконструированы 6 районных КНС, в каждой из которых были установлены современные насосы GRUNDFOS серий S и SE со шкафами Control MC на основе системы Modular Controls (см. рис. 3).
Рис. 3. Устройство управления насосами в функции уровня
Она была специально разработана для управления и мониторинга от 1 до 6 канализационных насосов и позволяет контролировать их по цифровым и/или аналоговым выходам и входам. Особенность Modular Controls заключается в модульном построении системы. Ее компоненты можно комбинировать в различных вариантах так, чтобы размер и уровень сложности системы управления соответствовали контролируемому объекту, добавляя при необходимости новые блоки.
Основа системы – управляющее устройство CU 401. К нему подключается от 1 до 3 блоков IO 401, каждый из которых осуществляет контроль работы одного или двух насосов. Особенностью Modular Controls является возможность беспроводного удаленного управления через ПК или с мобильного телефона. Если на объекте уже применяется SCADA-система, Modular Controls может интегрироваться с ней.
Подобным же образом происходит реконструкция канализационных сетей в столице Алтая – Барнауле. В рамках городской подпрограммы «Модернизация объектов коммунальной инфраструктуры» запланировано и реализуется строительство системы канализования кварталов 1051, 2000, 2001. В нее входят 17 км трубопроводов и две современные канализационные насосные станции – КНС-20 (производительностью 50 м³/сутки) и КНС-21 (производительностью 80 тыс. м³/сутки. Реализация программы позволит ввести в строй новые очереди жилья, а также улучшить ситуацию с водоотведением в Индустриальном районе и в целом по городу.
В проекте, разработанном новосибирским ОАО «Сибгипрокоммунводоканал», использованы энергоэффективные насосы серии SE с функцией автоадапт (встроенный регулятор частоты), которые дают возможность до половины сократить потребление электроэнергии на станции и существенно упростить обслуживание КНС. Интересно, что автор проекта реконструкции КНС-21, инженер Эмилия Манузина, стала лауреатом традиционного конкурса проектировщиков GRUNDFOS и получила главный приз – автомобиль «Форд Фокус».
Успешный опыт, приобретенный при реконструкции систем водоотведения в разных регионах России, свидетельствует, что задача повышения уровня централизации и качества канализационных сетей к 2017 году до 84% (с 73% в 2010 г.) вполне достижима. При этом гибкость подходов к инвестированию, а также помощь государства позволят в кратчайшие сроки провести модернизацию устаревших систем и вывести отрасль на новый уровень развития.
О. БОРИСОВА, ООО «ГРУНДФОС»
