Системы водоотведения

Энергетическое обследование систем водоотведения позволяет определить, сколько электроэнергии необходимо для сбора, перекачивания и очистки сточных вод, а какие затраты могут быть связаны с нерациональными режимами оборудования. Рассматривают канализационные насосные станции, воздуходувки, оборудование перемешивания, биологической очистки и обработки осадка.

Главная особенность водоотведения — зависимость энергопотребления не только от объёма стоков, но и от их загрязнённости. Насосы расходуют электроэнергию преимущественно на перемещение жидкости, а воздуходувки обеспечивают подачу воздуха для технологических процессов очистки. Поэтому для поиска причин перерасхода эти нагрузки необходимо анализировать отдельно.

Разделение энергопотребления по технологическим процессам

Энергетический баланс системы водоотведения составляют с учётом последовательности движения сточных вод: от приёмных камер и насосных станций до очистных сооружений и оборудования обработки осадка.

Внутри этой схемы выделяют три основные составляющие электропотребления:

• Перекачивание стоков — работа канализационных насосов, необходимая для транспортирования поступающей воды.
• Аэрация и биологическая очистка — электроэнергия воздуходувок и оборудования, обеспечивающего условия очистного процесса.
• Перемешивание и обработка осадка — расходы на вспомогательные технологические операции, включая обезвоживание.

Для каждого участка устанавливают границу измерения — состав оборудования, потребление которого охватывает конкретный электросчётчик. Затем сопоставляют электрические затраты с соответствующей технологической нагрузкой.

Если электроэнергия учитывается только на общем вводе очистных сооружений, её распределение между насосами, воздуходувками и обработкой осадка необходимо подтверждать дополнительными данными. Без этого нельзя установить, какой именно процесс формирует повышенное потребление.

Работа канализационных насосных станций

Электропотребление канализационной насосной станции зависит от объёма поступающих стоков, условий их перекачивания и режима включения насосов. Для оценки специалисты сопоставляют расход стоков, электрическую мощность оборудования и изменение уровня воды в приёмных камерах.

Уровень в приёмной камере влияет на последовательность пуска и остановки насосов. Допустимые значения определяются условиями работы станции, в том числе объёмом камеры и необходимостью обеспечить приём поступающих стоков.

При обследовании изучают журналы насосных циклов и архивы поступления воды. Это позволяет установить, соответствуют ли включения оборудования фактической нагрузке или требуется проверка алгоритма управления.

Особое значение имеют дождевые периоды. Во время осадков объём поступающих стоков может увеличиваться, причём вода нередко оказывается более разбавленной. В результате насосная нагрузка возрастает, хотя загрязняющая нагрузка на очистные сооружения изменяется иначе.

Поэтому кратковременное увеличение электропотребления насосов во время дождя нельзя автоматически считать признаком неисправности. Сначала необходимо сопоставить расход воды, уровень приёмных камер и последовательность работы агрегатов.

Аэрация и потребность сточных вод в кислороде

Биологическая очистка требует поддержания условий для работы микроорганизмов, участвующих в удалении загрязнений. Воздуходувки подают воздух в систему аэрации, обеспечивая поступление кислорода в обрабатываемую воду.

Потребность в кислороде зависит от состава стоков и технологической нагрузки очистных сооружений. Поэтому объём поступающей воды сам по себе не определяет необходимую интенсивность аэрации.

Специалисты сопоставляют показатели качества сточных вод с архивами концентрации растворённого кислорода и режимами воздуходувок. Это позволяет проверить, насколько фактическая подача воздуха соответствует условиям очистного процесса.

Например, при одинаковом объёме поступления стоки с различной загрязнённостью могут требовать разной интенсивности аэрации. Если сравнивать только расход электроэнергии на кубометр воды, такую разницу невозможно корректно интерпретировать.

Сокращение работы воздуходувок без контроля качества очистки недопустимо. Даже если электрическое потребление снижается, недостаточная подача кислорода может нарушить технологический процесс. Вывод об избыточной аэрации требует подтверждённых данных о составе стоков и фактическом кислородном режиме.

Перемешивание и обработка осадка

Помимо перекачивания и аэрации электроэнергия расходуется на перемешивание обрабатываемой среды и операции с образующимся осадком. Эти нагрузки необходимо учитывать отдельно, поскольку они связаны с другими технологическими задачами.

При обследовании используют журналы работы оборудования, сведения об объёмах и режимах обработки осадка, данные о потреблении электроэнергии. Это позволяет определить вклад соответствующих операций в общий энергетический баланс.

Нерегулярная работа оборудования обезвоживания может формировать кратковременные пики электрической нагрузки. Для правильной оценки их сопоставляют с фактическим выполнением технологических операций, а не рассматривают как постоянный перерасход.

Если затраты на обработку осадка включены в общий расход очистных сооружений без выделения отдельной технологической составляющей, удельное электропотребление основного процесса очистки может быть искажено.

Исходные данные для энергетического обследования

Для разделения электрических нагрузок необходимы документы и измерения, которые связывают потребление энергии с объёмом и качеством сточных вод:

• Схемы канализационных насосных станций и очистных сооружений — показывают движение стоков, расположение оборудования и границы технологических процессов.
• Архивы расхода стоков и уровней приёмных камер — позволяют сопоставить поступление воды с включениями насосов, включая суточные колебания и дождевые периоды.
• Данные об электропотреблении насосов, воздуходувок и оборудования обезвоживания — необходимы для раздельного энергетического баланса.
• Архивы растворённого кислорода и режимов воздуходувок — используются для оценки соответствия подачи воздуха условиям биологической очистки.
• Журналы состава стоков, обработки осадка и обслуживания оборудования — позволяют учитывать изменения загрязняющей нагрузки и технологических режимов.

Измерения должны относиться к сопоставимым периодам. Если электрические показатели получены за сутки, а характеристики стоков — за другой интервал, их непосредственное сравнение может привести к неверному выводу.

При составлении баланса отдельно указывают измеренные величины и расчётные оценки. Это особенно важно, когда часть оборудования не имеет индивидуальных приборов учёта.

Результат обследования и выбор дальнейших работ

Результатом становится раздельный баланс энергопотребления на перекачивание, аэрацию, перемешивание и обработку осадка. Для каждой составляющей устанавливают связь электрических затрат с соответствующей технологической нагрузкой и определяют условия, при которых возможно изменение режима.

Если отклонения выявлены в насосной части, дальнейшую проверку направляют на согласованность насосных циклов с расходом стоков и уровнями приёмных камер. Если основной расход связан с воздуходувками, анализируют подачу воздуха, кислородный режим и характеристики поступающих загрязнений.

Удельный расход электроэнергии на кубометр стоков не является достаточным показателем эффективности очистных сооружений. Он не отражает различия в загрязнённости воды и технологических задачах оборудования.

Без подтверждённых данных о составе стоков и концентрации растворённого кислорода нельзя достоверно определить избыточность аэрации или обосновать снижение её интенсивности. Энергетические мероприятия должны сохранять необходимое качество очистки и устойчивость работы системы водоотведения.

Другие направления обследования водохозяйственных объектов представлены в разделе «Водоснабжение и коммунальная инфраструктура».